公路隧道结构设计与计算
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《地下建筑风水电工程》
本科课程设计
题目:公路隧道结构设计与计算
目录
第一章课程设计任务书--------------------------------------------------1 第二章拟定隧道的断面尺寸--------------------------------------------3 第一节隧道的建筑限界-----------------------------------------------3 第二节隧道的衬砌断面-----------------------------------------------4 第三章隧道的衬砌结构计算--------------------------------------------5 第一节基本资料--------------------------------------------------------5 第二节荷载确定--------------------------------------------------------5 第三节衬砌几何要素--------------------------------------------------5 第四节计算衬砌总内力----------------------------------------------6 第四章衬砌截面强度验算-------------------------------------------7
第一章课程设计任务书
一、目的和要求
课程设计是《地下建筑风水电工程》课程教学的重要实践性环节,是使学生熟练掌握隧道设计计算原理和计算方法的重要内容,为进一步的毕业论文和以后的工作打下坚实的基础。要求每个学生高度重视,必须认真按时完成。
二、课程设计题目及资料
1、课程设计题目:公路隧道结构设计与计算
某隧道通过Ⅳ级围岩,埋深H=20m,隧道围岩天然容重γ=25KN/m3,计算摩擦角ф=50 ,采用钻爆法施工。
要求按高速公路设计速度60km/h 或80km/h或100km/h 考虑公路隧道建筑限界的横断面:
1) 按公路隧道要求对隧道衬砌进行结构设计(拟定结构尺寸);
2) 按规范确定该隧道的竖向均布压力和侧向分布压力;
3) 计算衬砌结构的内力(画出弯矩图和轴力图);
4) 对衬砌结构进行配筋验算。
2、参考资料:
(1)中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》JTG D70-2004,人民交通出版社,2004年9月;
(2)中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004,人民交通出版社,2004年;
(3)夏永旭编著《隧道结构力学计算》,人民交通出版社,2004年;
(4)本课程教材《地下建筑风水电工程》,人民交通出版社;
(5)有关隧道设计图纸;
三、课程设计做法指导
1、根据题目要求,按照隧道设计章节的做法拟定隧道结构的截面尺寸,包括轮廓线半径和厚度等;
2、按照比例(例如1:100)绘制横断面图;
3、按照04年发布的《公路隧道设计规范》JTG D70-2004确定隧道围岩竖向压力和水平压力;
4、隧道结构内力计算(可按参考资料(3)中的计算步骤进行),要求写出计算过程,并画出弯矩图和轴力图;
5、每位学生提交的课程设计成果(计算书):
(1)按比例绘制的隧道结构设计图纸一张;
(2)按上述要求进行的计算过程和计算结果。
11.xls
附:计算表。
第二章拟定隧道的断面尺寸
第一节隧道的建筑限界
以80km/h考虑公路隧道建筑限界的横断面。根据《公路隧道设计规范》(JTG D-2004)有关条文规定,隧道的建筑限界高度H取5m,行车道宽度取3.75*2m,左侧向宽度L L取0.5m,右侧向宽度L R取0.75m,检修道宽度J取0.75m,检修道高度d取0.5m,建筑限界顶角宽度EL取0.5m,ER取0.75m,如图1所示。
图1 隧道建筑限界图(单位:CM)
第二节隧道的衬砌断面
根据《公路隧道设计规范》(JTG D-2004)有关条文规定,拟定隧道的衬砌,衬砌材料为C20混凝土,弹性模量E h=2.8*107kPa,重度γh=23kN/m3,衬砌厚度取60cm,如图所示。
第三章隧道衬砌结构计算
第一节基本资料
某一级公路隧道,结构断面如图2-1所示。围岩级别为Ⅳ级,埋深H=20m,隧道围岩天然容重γ=25kN/m3,计算摩擦角φ=500,衬砌材料为C20混凝土,弹性模量E h=2.8*107kPa,重度γh=23kN/m3。
第二节荷载确定
1·围岩竖向均布压力
h q=q/γ=0.45×2s-1ω
式中:s—围岩级别,此处s=4;
γ—围岩重度,此处γ=25kN/m3
ω=ω—跨度影响系数,ω=1+i(B-5),标准断面B=12.22m所以有 1.722
h q=q/γ=0.45×24-1×1.722=6.199m
2.5 2.5 6.19915.498p q p H h m
H H ==⨯=>
故该隧道属于深埋隧道,围岩竖向均布压力
1410.4520.45225 1.722154.98s q kPa γω--=⨯=⨯⨯⨯=
此处超挖回填层重度忽略不计。
2·围岩水平均布压力
侧向压力e ,按均布考虑是,γ其值为
e= 0.25q=0.25⨯154.98=38.745kPa
第三节 衬砌几何要素
1·衬砌几何尺寸
内轮廓线半径r 1=5.43m ,r 2=7.93m ;3r =15m;
采用等截面衬砌,衬砌厚度d=0.6m ;
外轮廓半径
R 1=r 1+d=5.43+0.60=6.03m
R 2=r 2+d=7.93+0.60=8.53m
3R =3r +d=15+0.6=15.6m
第四节 计算衬砌总内力