公路隧道结构设计与计算

1、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"

2、;级围岩， 埋深H=20m隧道围岩天然容重 丫 =25KN/m,计算摩擦角e =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JTGD62-2004,人民交

3、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

4、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Ll取 0.5m，右侧向宽度Lr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

5、土，弹性模量 Eh=2.8*107kPa，重度丫 h=23kN/m衬砌厚度取 60cm,如图所示。图2-2隧道衬砌断面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"级，埋深 H=20m隧道围岩天 然容重丫 =25kN/m3，计算摩擦角$ =50°，衬砌材料为 C20混凝土，弹性模量 Eh=2.8*10 7kPa, 重度 丫 h=23kN/m第二节荷载确定1围岩竖向均布压力S-1hq=q/ y =°.45 >2 w式中：s围岩级别，此处 s=4;丫 一围岩重度，此处 丫 =25kN/m3w跨度影响系数，w =1+i

6、( B-5 )，标准断面B=12.22m所以有® =1.72241hq=q/ 丫 =0.45 X2 X1.722 =6.199mHp = 2.5hq =2.5 6.199 = 15.498mH Hp故该隧道属于深埋隧道，围岩竖向均布压力q=0.45 2“，=0.45 24J 25 1.722 = 154.98kPa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，丫其值为e= 0.25q=0.25154.98=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, "=7.93m； r3=15m;采用等截面衬砌，衬砌厚度

7、d=0.6m；外轮廓半径R1=r 1+d=5.43+0.60=6.03mR2=r2+d=7.93+0.60=8.53mR3 = r3 +d=15+0.6=15.6m第四节计算衬砌总内力334743£9ANSYS207037D953LLINE STRESSJOL 18 201514:55:00SUB -1TIME-1SMI SI 2 SMIS6 MIN =-1DBE+07 ELEH=11MAX =370953EL£M=121QBE+07-55327-433961-111号号5-号1C9Q9-59494-27297S40987ANSYS41444047067MS2LINE ST

8、RESSFile: DrawinglJUL IS 201514：se：35SUB =1TIME=1SMIS7 SMISI MIN =-4S9E-F07 EIEM=33MAX =.228E-F07 ELEM=1.1-3BE+07.22BE+07一,日弧十口丁-.aaoE-i-a?一ahe+ut-iiasac 1-aiOE+Q?一. 350E+07-9-10315第四章衬砌截面强度验算承载能力极限状态计算。混凝土和砌体矩形截面中心及偏心受压构件，其受压承载力按照下式计算式中Nk 轴向力标准值，取 Nk=4890KNK 安全系数，查规范可取：K=2Ra 混凝土衬砌轴心抗压强度标准值 17MPa:一轴

9、向力偏心影响系数0.374因为100 104489 104=0.20456嗨34h 0.6严筈讪4则查公路隧道规范可知弯曲纵向系数取'=0.72带入相关数值（b=1 d=0.6可得KNk =9780000:Rbh= 0.72 0.374 17 106 1 0.6=2746656可见等式左边大于等式右边，因此轴力最大处底部不能通过检算。由上述内力计算，取 M =1 106N m， N = 4890 kN进行内力计算，衬砌管片同时受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。简化模型 为b=1000mm h=600mm保护层厚度取 40mm.确定钢筋和混凝土的材料强度和几何参数C25混凝土，仁=11.9kN/mm2 ； HRB335级钢筋，f/ -300N / mm2 ；b = 1000mm，as =a$ =40mm h = 600mm，h0 =600 - 40 = 560mm ；HRB335级钢筋，C25混凝土，匚=0.8b =0.550。判断大、小偏心受压N _4890103：fcbho1 11.9 1000 560二 0.7338二 0.550为小偏心受压，贝卩：x=F；ho= 0.7338 260 =410.928mm 0.55ho =308mm求As及As根据牛=02045m = 204.5 mm30600