050隧道衬砌结构计算

《050隧道衬砌结构计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章隧道衬砌结构计算1、概述2、半衬砌的计算3、曲墙式衬砌计算4、弹性地基上直梁的计算公式5、直墙式衬砌计算6、衬砌截面强度验算7、衬砌计算中存在的问题第一节概述1、隧道结构设计应注意的问题2、隧道结构设计理论的发展历史3、弹性抗力的确定4、衬砌计算的一般规定（隧道设计规范）5、隧道衬砌上的荷载类型及其组合第一节概述1、隧道结构设计应注意的问题1）隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系,围岩具有自稳能力,在很大程度上是隧道结构承载的主体。2）净空断面的要求（总体设计），强度要求（结构设计与计算）3）对不同型式的衬砌结构物应用不同方法进行强度计算

2、第一节概述2、隧道结构设计理论的发展历史1）砖石、拱形，刚性体，静力学原理2）混凝土、超静定弹性拱，仅考虑了作用在衬砌上的围岩压力，而忽视了围岩对衬砌的约束作用，没有考虑弹性抗力3）考虑弹性抗力的计算模型，进入本世纪后，通过长期观测，发现围岩不仅对衬砌施加压力，同时还约束着衬砌的变形。围岩对衬砌变形的约束，对改善衬砌结构的受力状态有利，不容忽视第一节概述第一节概述3、弹性抗力的确定（1）弹性抗力的概念（2）局部变形理论与共同变形理论第一节概述（1）弹性抗力的概念衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”，在抗力区内

3、，约束着衬砌变形的围岩相应地产生被动抵抗力第一节概述（2）局部变形理论与共同变形理论1）Winkle假定，认为围岩是一组各自独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱围岩弹性抗力系数k与围岩的性质、衬砌的形状和尺寸以及荷载类型等有关第一节概述2）共同变形理论把围岩视为弹性半无限体，考虑相邻变形之间的相互影响。纵向变形系数E、横向变形系数μ表示地层特征，粘结力C、内摩擦角φ第一节概述4、衬砌计算的一般规定（隧道设计规范）（1）深埋隧道中的整体衬砌、浅埋隧道中的整体或复合式衬砌及明洞衬砌等应采用荷载结构法计算。深埋隧道中复合式衬砌的二次衬砌也可采用荷载结构法计算。荷载结构法的设计原理

4、认为，隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌内力，并进行结构截面设计。第一节概述（2）采用荷载结构法计算隧道衬砌的内力和变形时，应通过考虑弹性抗力等体现围岩对衬砌变形的约束作用。弹性抗力的大小及分布，对回填密实的衬砌构件可采用局部变形理论计算确定（3）Ⅰ～Ⅴ级围岩中，复合式衬砌的初期支护主要按工程类比法设计。其中Ⅳ、Ⅴ级围岩的支护参数应通过计算确定，计算方法为地层结构法。（4）复合式衬砌中二次衬砌，Ⅰ～Ⅲ级围岩中为安全储备，并按构造

5、要求设计；Ⅳ、Ⅴ级围岩中为承载结构，可采用地层结构法计算内力和变形第一节概述（5）地层结构法设计原理：将衬砌和地层视为整体共同受力的统一体系，在满足变形协调的前提下分别计算衬砌与地层的内力，据以验算地层的稳定性和进行结构截面设计。第一节概述5、隧道衬砌上的荷载类型及其组合（1）隧道结构上的基本荷载（2）隧道结构上的荷载及其类型第一节概述（1）隧道结构上的基本荷载围岩压力、结构自重（2）隧道结构上的荷载及其类型作用在衬砌上的荷载，按其性质可以区分为主动荷载与被动荷载两大类。●主动荷载是主动作用于结构、并引起结构变形的荷载；●被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗力

6、，即弹性抗力，它对结构变形起限制作用。第一节概述《公路隧道设计规范》JTGD70-2004将隧道结构上荷载仿照桥规分为：●永久荷载●可变荷载●偶然荷载隧规P28：表6.1.1作用在隧道结构上的荷载编号荷载类型荷载名称1永久荷载（恒载）围岩压力2结构自重力3填土压力水压力4混凝土收缩和徐变影响力5可变荷载基本可变荷载公路车辆荷载，人群荷载6立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力7立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力8其它可变荷载立交渡槽流水压力9温度变化的影响力10冻胀力施工荷载11偶然荷载落石冲击力12地震力第一节概述荷载组合：●结构自重＋围岩压力＋附加恒载（基

7、本）●结构自重＋土压力＋公路荷载＋附加恒载●结构自重＋土压力＋附加恒载＋施工荷载＋温度作用力●结构自重＋土压力＋附加恒载＋地震作用附加恒载：伴随隧道运营的各种设备设施的荷载等。第二节半衬砌的计算半衬砌：拱圈直接支承在坑道围岩侧壁常用于坚硬、较完整的围岩（Ⅱ、Ⅲ级）。用先拱后墙法施工时，在拱圈已做好，但马口尚未开挖前，拱圈也处于半衬砌工作状态第二节半衬砌的计算1、基本假定⑴在垂直荷载作用下拱圈向隧道内变形为自由变形，不产生弹性抗力；⑵拱脚产生角位移和线位移，并使拱圈内力发生改变，计算中除按固端无铰拱考虑外，还必须考虑拱脚位移的影