隧道内力计算课程设计曲墙式衬砌计算【3张CAD图纸】
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隧道内力计算
曲墙式衬砌计算
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隧道内力计算课程设计曲墙式衬砌计算
- 内容简介：
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学生姓名 ： 专业班级 ： 指导教师 ： 工作单位 ： 设计题目： 曲墙式衬砌结构计算 设计主要内容： 1、 公路等级和行车速度确定 2、 衬砌结构断面 尺寸 确定 3、 二次衬砌内力计算及截面强度校核 要求完成的主要任务： 一：计算部分 1、基本资料： 1） 公路等级 确定 2）隧道 围岩级别 （类别）确定 3）选择衬砌材料 2、 确定公路建筑界限 3 拟定内轮廓尺寸及二次衬砌厚度 4 荷载确定 5 位移计算及校核 6 计算最大抗力值 7 计算总出内力 8 截面强度验算 二：图纸部分 1） 衬砌结构断面图 2） 结构抗力图 3） 内力图 必读参考资料： 指导教师签名 3 拱形曲墙式衬砌结构计算 公路等级 山岭重丘高速公路 围岩级别 级 围岩容重 S=20KN/性抗力系数 K=106 KN/m 变形模量 E=砌材料 射混凝土 材料容重 h=22 KN/形模量 5衬厚度 d= 2 衬砌结构断面 （单位： 根据公路隧道设计规范的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式 q= 2 其中： S 围岩的级别，取 S=5； 围岩容重，取 =20 KN/ 宽度影响系数，由式 =1+i (算， 其中， B= 中 B5时，取 i = =1+以围岩竖向荷载（考虑一衬后围岩释放变形取折减系数 q=16 20 k /k /g=1/2*(d0+ * h=1/2 ( 22=k /根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验，并参考国内外有关资料，建议级围岩衬砌承受 80%围岩压力，为安全储备这里取： k /1）全部垂直荷载 q= g=k /2）围岩水平均布压力 e=q=k /内轮廓线半径： m , m 内径 1= 2 = 拱顶截面厚度 m ,拱底截面厚度 及分段轴长 S S =m 将半拱轴长度等分为 8 段，则 S=S/8=m S/108 =10-8 m 各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可以由图 3直接量得，具体数值见表 2 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 3 表 表 3位位移计算表 截 面 x y d 1/I y/I (1+y)2/I 积分系 数 1/3 0 1 1 4 2 2 3 4 4 2 5 4 6 2 7 4 8 1 注： 截面惯性矩， I=2, 单位位移值计算如下： 11= S/ 1/I=1010 12= S/ y/I=1010 22= S/ =1010算精度校核： 11+2 12+ 22=（ * 1010 S/ (1+y)2/I=1010合差 =100 主动荷载在基本结构中引起的位移 1）每一块上的作用力 (竖向力 Q、水平力 E、自重力 G),分别由下面各式求得， q*i =e*i =( 2* S* 中： 衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度 衬砌外缘相邻两截 面间的竖直投影长度 接缝 均由图 3直接量得，其值见表 3集中力均通过相应图形的形心。1?图 3 衬砌结构计算图示 （单位： 表 3位移 截面 投影长度 集中力 S b h Q G E aq ag 1 2 3 4 5 6 7 8 续表 3 Q+G） x y x y Q+G） 2）外荷载在基本结构中产生的内力 块上各集中力对下一接缝的力臂由图直接量得，分别记以 内力按下式计算之： 弯矩： 11,1 )( 轴力： co s)(s 式中 相邻两接缝中心点的坐标增值。 xi= yi= 表 3截 面 i（ Q+G） iE i（ Q+G） 1 2 3 4 5 6 7 8 3）主动荷载位移 计算过程见表 3 表 3动荷载位移计算表 截面 +y +y)/I 积分系数 1/3 0 1 1 4 2 2 3 4 4 2 5 4 6 2 7 4 8 1 1p= S/ =10 = - 10 2p = S/ =10( 10算精度校核 1p+ 2p S/ +y)/I 因此， 10 = 10 1p+ 2p= -（ 1010合差 = 单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 1） 各接缝处的抗力强度 按假定 拱部弹性抗力的上零点位于与垂直轴接近 450的第 3截面， 3= b; 最大抗力位于第 5截面 , 5= h; 拱部各截面抗力强度，按镰刀形分布，最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算： i= h（ i） /（ h） 计算得， 3=0， 4=h ， 5= h 。 边墙截面弹性抗力计算公式为： = h1-( 2 式中 所求抗力截面与外轮廓线交点到最大 截面抗力截面的垂直距离； 墙底外边缘 最大抗力截面的垂直距离。 ( 图 3中可量得 ) 则有： 6= h 1-（ 2= h 7= h 1-（ 2= h 8=0; 按比例将所求得的抗力绘在图 4上。 2）各楔块上抗力集中力下式近似计算： i i 1 1 i /2 ， 外 式中， 楔块 图 3量得。 方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。 3）抗力集中力与摩擦力之合力 2 1 R 式中 围岩与衬砌间的摩擦系数。取 =则 2 1 R =由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。衬砌外缘的交点。 将之交于竖直轴。量 取夹角 k(自竖直轴反时针方向量度 )。将 k Ri k 以上计算例入表 3 并参见图 3。 表 3性抗力及摩擦力计算表 截面 i( h) ( i)/2 S 外 ( h) R( h) k k 3 4 5 6 7 8 续 表 3截面 k (h) ( h) v h h) 3 4 5 6 7 8 4）计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力 弯矩 轴力 c o ss 式中 的力臂，由图 3量得，计算见表 3 表 3 0计算表 截面号 h h h h h （ h) 5 6 7 8 表 3 0计算表 截 面 号 h) h) h) h) h) 4 5 6 7 8 5） 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移 计算过程见表 3 表 3位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表 截面号 （ h） 1/I y/I (1+y) 1/I （ h） y/I （ h） (1+y)/I （ h） 积分系数 1/3 4 2 5 4 6 2 7 4 8 1 1 = S/ 1/I=10( 10 2 = S/ y/I=10( - 10核为： 1 + 2 = -( 1010 S/ (1+y)/I=10(10合差 =100。 综上计算得结构抗力图如图 4 图 4 结构抗力图 性地基上的刚性梁）位移 1）单位弯矩作用下的转角： 1=1/( 106=10）主动荷载作用下的转角： p= 110 10）单位抗力及相应摩擦力作用下的转角： = 1=10(= - 10衬砌矢高 f=算力法方程的系数： 11+ 1=（ 1010-6 12+=（ 1010-6 22+=（ 1010-6 1p+ p+( 1 + ) h =-(h+h) 10 -(h) 10-6 2p+f p+( 2 + ) h = -(h+h) = - (h) 10上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以 被动荷载的载位移。 求解方程： ( ( =（ h） 其中： 2 = ( ( =（ h） 其中： h =1）分别产生的衬砌内力 计算公式为： 21 c o 和 21 co 计算过程列入表 3表 3 表 3、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表 截面 1p y y ( h) ( h) y ( h) ( h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 表 3、被动荷载作用下衬砌轴力计算表 截面 2 h) ( h) ( h) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 首先求出最大抗力方向内的位移。 由式： ()y I )( 并考虑接缝 5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此将其修 正如下 555 s s 555 s s 计算过程列入表 3 表 3截面号 I yi p/I (I (积分系数 1/3 0 4 1 2 2 4 3 2 4 4 5 1 位移值为： 1010 10( 10可得最大抗力 h = (1/= 101/(106)+10=按下式进行计算： M= h N= h 计算过程列入表 3 3截面号 M M/I N e 积分系数 1/3 0 1 1 4 2 2 3 4 4 2 5 4 6 2 7 4 8 1 计算精度校核： 根据拱顶切开点之相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查。 0 式中： =1010 a=1010合差： =( 式中： =1010-6 f a = 1010合差： =（ ： e= a 极限 , 而 0 . 0 6 3 61 1 . 5 1 1 . 5 0 . 7 8 80 . 4 5 则 30 . 7 8 8 1 9 1 . 0 0 . 4 5 1 0 / 5 0 6 . 7 8 3 1 3 . 2 9 4 2 . 0 ( ) b 极 限 满 e= a 极限 , 而 0 . 0 3 0 41 1 . 5 1 1 . 5 0 . 8 9 8 70 . 4 5 则 30 . 8 9 8 7 1 9 1 . 0 0 . 4 5 1 0 / 5 1 9 . 9 2 2 1 4 . 7 7 9 2 . 0 ( ) b 极 限 满 e= a 极限 , 而 0 . 0 1 3 8
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