隧道工程课程设计计算书
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目录
一基本资料 (1)
二荷载确定 (1)
2.1围岩竖向均布压力 (1)
2.2围岩水平均布力 (2)
三衬砌几何要素 (2)
3.1衬砌几何尺寸 (2)
3.2半拱轴线长度S及分段轴长△S (2)
3.3割分块接缝重心几何要素 (3)
四计算位移 (3)
4.1单位位移 (4)
4.2载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移 (4)
4.3载位移——单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 (8)
4.4墙低(弹性地基上的刚性梁)位移 (12)
五解力法方程 (13)
σ=)分别产生的衬砌内力 (13)
六计算主动荷载和被动荷载(1
h
七最大抗力值的求解 (15)
八计算衬砌总内力 (16)
九衬砌截面强度检算(检算几个控制截面) (16)
9.1拱顶(截面0) (16)
9.2截面(7) (18)
9.3墙低(截面8)偏心检查 (18)
十内力图 (18)
一 基本资料
高速公路隧道,结构断面如图1所示,围岩级别为V 级,容重318kN/m ϒ=,围岩
的弹性抗力系数630.1510kN /K m =⨯,衬砌材料C20混凝土,弹性模量72.9510kPa h E =⨯,容重323kN/m ϒ=。
图1 衬砌结构断面
二 荷载确定
2.1 围岩竖向均布压力: 10.452s q ωγ-=⨯
式中:s ——围岩级别,此处s=5;
ϒ——围岩容重,此处ϒ=18kN/㎡;
ω——跨度影响系数,ω=1+i(B m -5),毛洞跨度B m =12.30m ,B m =5~15时,i=0.1,此
处: ω=1+0.1×(12.3-5)=1.73
所以,有:510.45218 1.73224.208q kPa -=⨯⨯⨯=
考虑到初期之处承担大部分围岩压力,而二次衬砌一般作为安全储备,故对围岩
压力进行折减,对于本隧道按照50%折减,即q 50%0.5224.208112.104q kPa =⨯=⨯=
2.2 围岩水平均布力:
e =0.4×q=0.4×112.104=44.8416kPa
三 衬砌几何要素
3.1衬砌几何尺寸
内轮廓半径 r 1=5.7m ,r 2=8.2m ;
内径r 1 、r 2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角1ϕ=90°,2ϕ=101.6°; 截面厚度d=0.45m 。
此处墙底截面为自内轮廓半径r 2的圆心向内轮廓墙底做连线并延长至与外轮廓相交,其交点到内轮廓墙底间的连线。
外轮廓线半径:R 1=5.7+0.45=6.15m
R 2=8.2+0.45=8.65m
拱轴线半径:1r '=5.7+0.5×0.45=5.925
2r '=8.2+0.5×0.45=8.425
拱轴线各段圆弧中心角:
1θ=90° 2θ=11.6°
3.2 半拱轴线长度S 及分段轴长△S
分段轴线长度:1
1190
5.9259.30696180180S r m θππ'=
=
⨯⨯=︒
12211.68.425 1.70571180180
S r m θππ'==⨯⨯=︒
半拱轴线长度为:S=S 1+S 2=9.30696+1.70571=11.01268m 将半拱轴线等分为8段,每段轴长为:
11.0127
1.37658588
S S m ∆=
==
3.3 割分块接缝重心几何要素
(1)与竖直轴夹角i α
11121132143154118013.3118 26.6236 ,39.9354 53.2473, 66.5591
S r αθπ
ααθααθααθααθ∆︒=∆=
⨯=︒'=+∆=︒=+∆=︒=+∆=︒=+∆=︒
1651712112287218079.871,92.2382180770.329159.30700.329125,9.361792.23829.3617101.6S r S S S S m r ααθαθπ
θπ
ααθ+∆︒
=∆=︒=+
⨯=︒'∆︒
∆=∆-=⨯-=∆=
⨯=︒'=+∆=︒+︒=︒
另一方面,8129011.6101.6αθθ=+=︒+︒=︒ 角度闭合差=0。
各接缝中心点坐标可由图1中直接量出。
四 计算位移
1
23
4
5
6
7
8
2
8
图2 衬砌结构计算图
4.1 单位位移
用辛普生法近似计算,按计算列表进行。单位位移的计算见表1 单位位移计算如下:
11
12
22
85110
8412210
284220
1
4.746910118
5.1852 5.5305104.7469103540.2667 1.6520104.74691018662.44918.708610s M M
s h h s M M
s h h s
s h h S d E I
E I S y
d E I
E I
y S
d E I E I
δδδδ------∆=≈
=⨯⨯=⨯∆==≈
=⨯⨯=⨯∆=≈=⨯⨯=⨯∑⎰
∑⎰∑⎰
计算精度校核为:
31112222 1.256610δδδ-++=⨯
27(1) 4.74691026928.1676ss h y S
E I
δ-+∆==⨯⨯∑ 31.256610-=⨯
闭合差0∆=。
4.2 载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移
(1)每一楔块上的作用力
竖向力: Q i i qb =
式中:b i ——衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度,由图2量得:
12345678b 1.3171,b 1.3367,b 1.1960,b 0.9749,b 0.7136,b 0.4121,b 0.0804,b 0.0101.6.1409 6.1506()2
i m m m m m m m m B
b m m =========≈
=∑校核
12345678h 0.1608,h 0.4824,h 0.7839,h 1.0352,h 1.2362,h 1.3668,h 1.4171,h 1.3970.
m m m m m m m m ========