李超源——曲拱墙结构设计

1、课程名称：地下结构设计原理与方法设计题目： 曲墙拱结构设计 院 系： 土木工程系 专 业： 隧道工程 年 级： 2007级 姓 名： 李超源 指导教师： 严涛 西南交通大学峨眉校区 2010年 11月 30 日课 程 设 计 任 务 书专 业 隧道工程 姓 名 李超源 学 号 20077112 开题日期：2010 年 11月 15 日 完成日期：2010 年 11月 30日题 目 曲墙拱结构设计 一、设计的目的 练习用假定弹性反力法设计曲墙拱结构。 二、设计的内容及要求 曲墙拱结构设计及衬砌截面强度检算。 三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日目录一、 计算结构的几何尺寸

2、，并绘制断面图···············3二、 计算作用在衬砌结构上的主动荷载·················4三、 绘制分块图············&

3、#183;························4四、 计算半拱轴长度·······················&#

4、183;·········5五、 计算各分段截面中心的几何要素···················5六、 计算基本结构的单位位移················

5、;·······7七、 计算主动荷载在基本结构中产生的变位和·····8八、 解主动荷载作用下的力法方程····················12九、 计算主动荷载作用下各截面的内力，并校核计算精度·13十、 求单位弹性反力图及相应摩擦力作用下基本结构中产生的变位和&

6、#183;······························13十一、解弹性反力及其摩擦力作用下的立法方程··········16十二、求单位弹性反力图及摩擦力作用下截面的内力，并校核其计算

7、精度····································17十三、最大弹性反力值的计算···········&

8、#183;···········17十四、计算赘余力和······························18十五、计算衬砌截面内总的内力并校核计算精度··

9、83;·······18十六、绘制内力图····································20十七、衬砌截面强度检算··

10、3;···························20一、 计算结构的几何尺寸，并绘制断面图结构断面如图11所示图11 单线铁路隧道断面图a、岩体特性岩体为级围岩，隧道埋深200m；计算摩擦角，岩体重度，围岩的弹性反力系数K=200MPa/m，基底围岩弹性反力系数。b、 衬砌材料采用C25混凝土；重度，弹性模量，混凝土衬

11、砌轴心抗压强度标准值，混凝土轴心抗拉强度标准值。c、 结构尺寸 ， ，。二、计算作用在衬砌结构上的主动荷载。作用在结构上的荷载形式为均布竖向荷载q和均布水平侧向荷载e，其侧压系数为e=0.15q。 均布竖向荷载（m） (kPa) 均布水平侧向荷载：(kPa)三、绘制分块图。因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图22。图22 半跨结构计算图式四、计算半拱轴线长度 a、求水平线以下边墙的轴线半径（单位：cm）及其与水平线的夹角 假定水平线以下 的轴线为一圆弧，则其半径由图33求得。 图33 边墙轴线的计算 由图上量得：，。 故 b、计算半拱轴线长度s及分块轴线长度（单位：cm）式中为各圆弧轴线的

12、半径 半拱轴线长度 分块长度 五、计算各分段截面中心的几何要素 a、求各截面与竖直轴的夹角 校核角度： b、各截面中心坐标（单位：cm） 坐标校核 六、计算基本结构的单位位移计算过程见表11。校核： 说明变位计算结果正确。 在误差允许范围内，曲墙拱结构几何要素见表11。七、计算主动荷载在基本结构中产生的变位和a、衬砌每一块上的作用力 竖向力： （KN） 侧向水平力： （KN）自重力： （KN） 计算过程见表22。 注意：以上各集中力均通过相应何在图形的形心。b、主动荷载在基本结构上产生的内力分块上各集中力对下一分点的截面形心的力臂由分块图上量取（图44），并分别记为、。图44 单元主动荷载图示

13、弯矩： （KN·m）轴力： （KN）式中 和的计算过程示于表22和表33。校核： （KN·m） （KN·m） (KN·m)计算误差：在误差范围内。C、主动荷载位移和 计算过程见表44。 经校核，故计算正确。d 、墙底（弹性地基上的刚性梁）位移计算单位弯矩作用下墙底截面产生的转角 主动荷载作用下墙底截面产生的转角 八、解主动荷载作用下的力法方程 式中 其中 拱矢高，。解： 九、计算主动荷载作用下各截面的内力，并校核计算精度 （KN·m） (KN) 计算过程见表55。十、求单位弹性反力图及相应摩擦力作用下基本结构中产生的变位和。a、各截面的弹性反力

14、强度 最大弹性反力零点假定在截面2，即，最大弹性反力值假定在截面4，即。拱圈任意截面的外缘弹性反力强度（图55） （KPa）图55 单元单位弹性反力荷载图式边墙任意截面的外缘弹性反力强度 （KPa）b、各分块上的弹性反力集中力 （KN）方向垂直衬砌外缘，并通过分块上弹性反力图形的形心。计算见表66。C、弹性反力集中力与集中力的合力d、计算作用下基本结构的内力 （KN·m） （KN）计算参照表77和表88。e、计算作用下产生的荷载位移和 计算结果见表99。 经校核，故计算正确。十一、解弹性反力及其摩擦力作用下的立法方程 式中、和均同前。 解得 代入原方程检验，计算正确。十二、求单位弹性

15、反力图及摩擦力作用下截面的内力，并校核其计算精度 （KN·m） (KN) 计算过程见表1010。十三、最大弹性反力值的计算 计算参照式（）进行。先求位移和： （m） （m） （rad） （rad） 计算过程见表1111。十四、计算赘余力和 （KN·m） (KN)十五、计算衬砌截面内总的内力并校核计算精度 a 、衬砌各截面内力 （KN·m） (KN) 计算结果见表1212。b 、校核计算精度墙底截面最终转角： (rad)校核： 相对误差是：，故计算正确。十六、绘制内力图计算结果按一定比例绘制如图。结构内力图十七、衬砌截面强度检算由计算可知，故按承载能力极限状态检算： 式中 轴力标准值，取； 混凝土衬砌构件抗