隧洞参数计算表...doc

.青海大学公伯峡灌溉工程隧洞工程专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 完成时间： 水力计算一.基本资料：设计流量Q=2.6m3/s，洞身纵坡i=1/1000，洞身长L=2214.42m，采用混凝土C15（采用C20），其粗糙系数取n=0.015(采用n=0.014)二 洞身断面尺寸计算洞内水深 当为水力最佳断面时m=0,=2计算得h=0.98m计算特性流量 计算比值根据比值查表得h/b=0.49计算宽度b=h/0.49=0.98/0.49=22，按公式计算已知h=0.98m，b=2m,则：=bh=0.98x2=1.96(m2)R=/x=bh/(b+2h)=0.49(m)三各部位高程：隧洞进口底部高程：1973.80隧洞出口底部高程：1971.58依据SL279-2002水工隧洞设计规范及施工的最小断面确定其高度为2m，宽度为1.8m应根据地质条件及隧洞规范选择隧洞衬砌断面型式（粘土岩为软岩，应采用马蹄型洞比较好，采用2*2m）设计荷载设计组合如下：1. 不考虑岩石弹性抗力：垂直山岩压力+侧向水平山岩压力+衬砌自重2. 考虑岩石弹性抗力：垂直山岩压力+岩石弹性抗力+岩石弹性抗力产生的摩擦力+衬砌自重1 山岩压力（1） 基本数据：根据资料围岩属于类围岩，查表得，围岩坚固系数f=1.5及相应的=60。，岩=23kN/m2计算塌落拱高度：计算均布的垂直山岩压力强度q为：q=0.7h=0.7*23*1.26=20.286kN/m2 由公式计算侧向水平山岩压力及强度为：e1=0.7htg2(45。-/2)=1.46kN/m2e2=(0.7h+H)tg2(45。-/2)=5.75kN/m2则： e=（e1+e2)/2=3.60kN/m2(2) 按简化公式计算：当f=1.5时，查表得相应的q及e系数分别为0.358及0.062，则：均布的垂直山岩压力强度q为：Q=0.358B=0.358*23*2.4=19.76kN/m2均布的侧向水平山岩压力强度为：e=0.062 H=0.062*23*2.6=3.71kN/m2 隧洞衬砌计算（考虑岩石弹性抗力作用）1） 基本数据1. 洞身衬砌截面形式及尺寸 洞身为等厚度衬砌的圆拱直墙式衬砌断面，顶拱为半圆形，洞底采用与侧墙整体连接的平底板，各部位尺寸如下：洞身净宽B=1.8m；洞身净高H=2.0m；顶拱内半径r=0.9m；直墙高yh=1.1m；衬砌厚度初步拟定为d=0.4m，地板厚度采用与顶拱及侧墙相同2设计荷载均布垂直山岩压力强度为q=20kN/m2;不计侧向山岩压力及内水压力，考虑岩石弹性抗力及相应的摩擦力作用。抗力系数在侧面及拱座均采用k=5*105kN/m3。3衬砌材料采用C15混凝土衬砌，混凝土弹性模量为E=220*105kN/m2,混凝土单位容重=24kN/m32） 计算1. 计算基本结构计算矢高：f=H+d/2=2+0.4/2=2.2m计算拱跨：l=B+d=1.8+0.4=2.2m顶拱计算半径：r=r+d/2=0.9+0.4/2=1.1m计算矢高与顶拱计算半径的比值m=f/r=2.2/1.1=22刚臂长度c计算： c=Acr根据m=2查表得Ac=0.8055077，则c=0.8055077*1.1=0.886（m）3形常数计算根据m=2查表得：A11=2.5707963.A22=1.0214853,Ah1=0.5,Ah2=0.4305794抗弯刚度：EJ=E*bd3/12=220*220*105*1*0.43/12=1.17*10-5(kN.m2)计算得 11=2.42*10-5(kN.m）-1 22=1.16*10-5(m/kN） h1=0.52*10-5(kN-1) h2=0.49*10-5(kN.m）-14载常数计算(1) 垂直山岩压力作用。在垂直山岩压力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：根据m=2查表得则：（2） 衬砌自重作用。在衬砌自重作用下，各载常数值分别按下列公式计算：其中，根据m=2查表得则：（3） 弹性抗力。在弹性抗力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：其中：为弹性抗力图中最大抗力值，其值为，根据m=2查表得则：（4） 摩擦力作用。在摩擦力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：其中：为摩擦系数，采用=0.3，根据m=2查表得则：（5） 载常数总和：5. 多余未知力X1及X2计算。不考虑拱座转角影像，X1及X2值分别按下式计算得：最大抗力点h的变位值按下式计算得：弹性抗礼图中最大值为：解得：则：6. 各截面弯矩值计算衬砌断面左半部分全部衬砌段分10个截面，圆拱短各截面按15倾角均分，直墙段各截面按四等分划分。各截面弯矩值按下式计算：其中：y为各截面对以拱顶O为坐标原点的纵坐标；Mp为各种外荷载作用下的弯矩。其值根据各种荷载值查表数据分别计算后叠加求得，其乘数值按已知荷载值计算如下：圆拱段各截面：直墙段各截面：y-c=y-0.886截面编号位置山岩垂直压力作用(kN.m)衬砌自重作用(kN.m)弹性抗力作用(kN.m)摩擦力作用(kN.m)合计MP(kN.m)0=00001=15-0.81-0.39-1.202=30-3.025-1.485-4.513=45-6.05-3.05-9.104=60-9.075-4.73-0.013-0.0025-13.825=75-11.29-6.08-0.096-0.0038-17.476y=r-12.1-6.63-0.295-0.018-19.047y=1.25r-12.1-6.63-0.614-0.040-19.388y=1.5r-12.1-6.63-1.056-0.062-19.859y=1.75r-12.1-6.63-1.598-0.085-20.4110y=2r-12.1-6.63-2.196-0.106-21.03各截面Mp及M值计算分别列于下表； 各截面Mp计算表 各截面弯矩M计算表截面编号位置cosy-C（拱）y-C（直墙）X2（y-C）X2（y-C）合计M0=01-0.886-8.664.551=150.96592-0.849-8.293.722=300.86603-0.739-7.221.483=450.70711-0.564-5.51-1.44=600.50000-0.336-3.28-3.895=750.25882-0.071-0.69-4.956y=r00.2140.2142.09-3.747y=1.25r0.4894.78-1.868y=1.5rh0.7647.460.829y=1.75r1.03910.152.9510y=2r1.31412.845.027. 各截面轴向力计算各轴向力按下式计算： 其中：Np为各种外荷载作用下的轴向力，其值根据查表分别计算后叠加求得，表中各乘数值按已知荷载值计算如下： 各截面Np及N值计算分别如下表： 各截面Np计算表截面编号位置山岩垂直压力作用衬砌自重作用弹性抗力作用摩擦力合计NP0=00001=151.470.722.192=305.52.768.263=45115.860016.864=6016.59.580.011-0.03926.255=7520.5213.350.087-0.14333.816y=r2216.590.269-0.27538.587y=1.25r2219.230.269-0.41841.088y=1.5r2221.870.269-0.54343.609y=1.75r2224.510.269-0.63146.1510y=2r2227.150.269-0.66548.75 各截面轴向力N计算表截面编号位置cos (kN) 合计N (kN)0=0 19.779.771=150.965929.4411.632=300.866038.4616.723=450.707116.9123.434=600.500004.8930.945=750.258822.5336.346y=r0038.587y=1.25r41.088y=1.5rh43.609y=1.75r46.1510y=2r48.758. 内力计算校核 （1）拱顶截面转角总和应为零。即 上式积分可按辛普逊公式近似计算：其中：M0，M1,M2为各截面弯矩值，由弯矩值M计算表差得。为圆拱段每相邻两截面间弧度长度，其值为： 为直段每相邻两截面间长度，其值为： 则： （2） 按下式校核直墙顶点h的变位值： 上式积分也可按辛普逊公式近似计算： 其中为各截面至最大拉力点的垂直距离，其值分别为：其余符号意义同前。则： 愿计算的变位值为： 误差为： 9.各截面应力计算 衬砌截面边缘应力列于下表：截面编号弯矩M轴向力N偏心矩e6e/dN/F外缘应力外内缘应力内04.559.770.4666.9924.4195.0-146.213.7211.630.2824.2329.1152.2-94.021.4816.720.0891.3441.897.6-14.03-1.423.43-0.060-0.9058.65.86111.34-3.8930.94-0.126-1.8977.4-68.9223.75-4.9536.34-0.136-2.0490.9-94.5276.36-3.7438.58-0.097-1.4696.5-43.9236.97-1.8641.08-0.045-0.68102.733.4172.080.8243.600.0190.29109.0140.177.992.9546.150.0640.96115.4226.24.6105.0248.750.1031.56121.9310.2-66.4(1) 弯矩符号以逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。(2) 偏心距e为正时，表示轴向力偏向截面重心外侧，为负时，表示轴向力偏向截面重心内侧。(3) 轴向力N及边缘应力均以压力为正，拉力为负。10. 应力验算 由应力计算表结果知，各截面压应力值均远小于C15混凝土的允许压应力值；在拱顶内援及截面5，出现较大的拉应力值，而以拱顶内缘拉应力值为最大，其值为146.2，对于C15混凝土，边缘允许拉应力值为767，故原拟定的衬砌厚度要减薄。如将衬砌厚度改为0.2m，仍采用原计算的M及N值，计算拱顶內缘拉应力值为： 上述拉应力小于允许值，满足要求。 隧洞衬砌计算（不考虑岩石弹性抗力作用）一）基本数据 1.洞身衬砌截面形式及尺寸 洞身为等厚度衬砌的圆拱直墙式衬砌断面，顶拱为半圆形，洞底采用与侧墙整体连接的平底板，各部位尺寸如下：洞身净宽B=1.8m；洞身净高H=2.05m；顶拱内半径r=0.9m；直墙高yh=1.15m；衬砌厚度初步拟定为d=0.5m，地板厚度采用与顶拱及侧墙相同2设计荷载均布垂直山岩压力强度为q=20kN/m2;均布侧向水平山岩压力强度e=5kN/m2，不考虑岩石弹性抗力、相应的摩擦力及内水压力作用。3衬砌材料采用C15混凝土衬砌，混凝土弹性模量为E=220*105kN/m2,混凝土单位容重=24kN/m3二）计算1.计算基本结构计算矢高：f=H+d/2=2.05+0.5/2=2.3m计算拱跨：l=B+d=1.8+0.5=2.3m顶拱计算半径：r=r+d/2=0.9+0.5/2=1.15m计算矢高与顶拱计算半径的比值m=f/r=2.3/1.15=22刚臂长度c计算： c=Acr根据m=2查表得Ac=0.8055077，则c=0.8055077*1.15=0.926（m）3形常数计算 4. 载常数计算各载常数按不同荷载分别作用叠加求得，因本计算的比值m=2与上节相同，因此除矩形侧向山岩压力的计算系数另查表取外，其余各系数均直接引用上节的各计算系数值。（1） 垂直山岩压力作用： （2） 衬砌自重作用。 (3) 矩形水平山岩压力作用： (4) 载常数总和： 5. 多余未知力X1及X2计算： 6. 各截面弯矩值计算 各截面弯矩值按下式计算： 其中：y为各截面对以拱顶O为坐标原点的纵坐标；Mp为各种外荷载作用下的弯矩。其值根据各种荷载值查表数据分别计算后叠加求得，其乘数值按已知荷载值计算如下： 圆拱段各截面： 直墙段各截面： y-c=y-0.926各截面Mp及M值计算分别列于下表 各截面Mp计算表截面编号位置山岩垂直压力作用(kN.m)衬砌自重作用(kN.m)矩形侧向山岩压力作用(kN.m)合计MP(kN.m)0=000001=15-0.89-0.53-0.0038-1.422=30-3.31-2.03-0.058-5.403=456.61-4.17-0.28-11.064=60-9.92-6.44-0.83-17.195=75-12.34-8.30-1.82-22.466y=r-13.23-9.06-3.30-25.597y=1.25r-13.23-9.06-5.16-27.458y=1.5r-13.23-9.06-7.44-29.739y=1.75r-13.23-9.06-10.12-32.4110y=2r-13.23-9.06-13.22-32.51 各截面弯矩M计算表截面编号位置cosy-C（拱）y-C（直墙）X2（y-C）X2（y-C）合计M0=01-0.926-14.014.811=150.96592-0.887-13.423.982=300.86603-0.772-11.681.743=450.70711-0.589-8.91-1.154=600.50000-0.351-5.31-3.685=750.25882-0.074-1.12-4.766y=r00.2240.2243.39-3.387y=1.25r0.5127.75-0.888y=1.5rh0.79912.091.189y=1.75r1.08716.452.8610y=2r1.37420.797.107. 各截面轴向力计算 各截面轴向力按下式计算： 其中：Np为各种外荷载作用下的轴向力，其值根据查表分别计算后叠加求得，表中各乘数值按已知荷载值计算如下： 各截面Np及N值计算如下表 各截面Np计算表截面编号位置山岩垂直压力作（kN）衬砌自重作用（kN）矩形侧向山岩压力作用（kN）合计NP（kN）0=000001=151.540.94-0.192.292=305.753.61-0.678.693=4511.57.66-1.1917.974=6017.2514.33-1.4430.145=7521.4617.45-1.1037.816y=r2321.68044.687y=1.25r2325.13048.138y=1.5r2328.58051.589y=1.75r2332.03055.0310y=2r2335.48058.48 各截面轴向力N计算表截面编号位置cos (kN) 合计N (kN)0=0 115.1315.131=150.9659214.6316.922=300.8660313.1021.793=450.7071110.7028.674=600.500007.5737.715=750.258823.9241.736y=r0044.687y=1.25r48.138y=1.5rh51.589y=1.75r55.0310y=2r58.488. 内力计算校核 拱顶截面转角总和应为零。即 上式积分可按辛普逊公式近似计算：其中：M0，M1,M2为各截面弯矩值，由弯矩值M计算表差得。为圆拱段每相邻两截面间弧度长度，其值为： 为直段每相邻两截面间长度，其值为： 则： 上述验算表明各截面弯矩计算无误。9. 各截面应力计算 衬砌截面边缘应力列于下表：截面编号弯矩M轴向力N偏心矩e6e/dN/F外缘应力外内缘应力内04.8115.130.3183.8130.26195.0-85.013.9816.920.2352.8233.84129.3-61.521.7421.790.0520.6343.5871.016.13-1.1528.67-0.040-0.4857.3429.884.94-3.6837.71-0.030-0.3675.4248.3102.575-4.7641.73-0.114-1.3783.46-30.9197.86-3.3844.68-0.076-0.9189.368.0170.77-0.8848.13-0.018-0.2296.2675.1117.481.1851.580.0230.28103.16132.074.392.8655.030.0520.62110.06178.341.8107.1058.480.1211.45116.96286.6-52.6（1）弯矩符号以逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。（2）偏心距e为正时，表示轴向力偏向截面重心外侧，为负时，表示轴向力偏向截面重心内侧。（3）轴向力N及边缘应力均以压力为正，拉力为负。10.应力验算 由应力计算表结果知，各截面压应力值均远小于C15混凝土的允许压应力值；最大拉应力值出现在拱顶截面內缘，其值为85.0，对于C15混凝土，边缘允许拉应力值为767，故原拟定的衬砌厚度要减薄。如将衬砌厚度改为0.3m，仍采用原计算的M及N值，计算拱顶內缘拉应力值为：上述拉应力小于允许值，满足要求。结论：本隧洞采用衬砌厚度为*m。 钢筋混凝土衬砌计算一)基本数据洞身净宽B=1.8m；洞身净高H