隧道工程第章隧道结构计算

隧道工程第6章隧道结构计算本章学习要求：（1）熟悉公路隧道的荷载类型及其隧道结构的计算模型简化方法；（2）掌握半衬砌和曲墙式衬砌结构内力计算方法；（3）了解公路隧道的数值分析方法。第6章隧道结构计算6.1概述6.2隧道衬砌上的荷载类型及其组合6.3半衬砌的计算6.4曲墙式衬砌计算6.5直墙式衬砌计算6.6衬砌截面强度验算6.7单元刚度矩阵6.8结构刚度方程6.1概述1、隧道结构环境及其简化2、隧道结构体系的计算模型1、隧道结构环境及其简化⑴隧道结构与地面结构的区别

隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同⑴隧道结构与地面结构的区别●隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系●周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体●隧道敌衬砌想的设室计和擦计算意应结涨合围岩寨自承匪能力进行稠，保堡证使傍用寿搞限内怖的安收全度--滋--护--在保变证安祖全的侨前提咱下尽搜可能礼地经劣济⑴隧道岸结构碗与地芒面结打构的禁区别⑵隧道漫结构租计算陵的简秃化问隆题根据惩实际搞环境将和边伙界条霸件如何首简化盛对计买算结渔果影危响非箱常重俩要⑵隧道替结构臂计算抄的简林化问添题⑵隧道蛙结构肥计算蠢的简窗化问殊题●在十聪九世蛇纪末笋，隧偶道衬睁砌结罚构是研作为超静桐定弹宰性拱计算酿的，敏但仅俯考虑眉作用扮在衬昼砌上触的围辞岩压杆力，文忽视火了围鸣岩对树衬砌畅的约魂束作担用●弹性扬抗力：衬省砌在追受力猪过程闲中的朽变形烫，一胸部分绵结构苹有离清开围调岩形温成“脱离未区”的趋外势，肌另一圈部分摘压紧研围岩脾形成猎所谓“抗力华区”，在惕抗力班区内捞，约束党着衬珠砌变奔形的爷围岩绣相应驳地产感生被脖动抵化抗力⑵隧道亡结构址计算劝的简闲化问炎题●进入测本世箩纪后带，通凳过长类期观惠测，何发现款围岩沸不仅匹对衬粘砌施弱加压它力，蚊同时辆还约束胃着衬泰砌的起变形。围晶岩对指衬砌草变形膝的约厉束，对改漏善衬摊砌结轧构的倚受力统状态斧有利，不温容忽仍视⑵隧道如结构湾计算伯的简勉化问翁题⑶局部稍变形浑理论舍和共蜡同变企形理筛论●局部青变形鲁理论稍：是戏以温械克尔（E.性Wi采nk持le馒r）假定妙为基凳础的漫。它倚认为翁应力拥和变误形之苗间呈线性佛关系，即浩为围岩抚弹性发抗力晴系数●共同化变形骑理论狭把围枯岩视共为弹晕性半角无限桑体，考虑详相邻真质点析之间寸变形敏的相普互影腰响。⑶局部牲变形倍理论充和共争同变荡形理泊论2、隧幕道结仓构体悠系的史计算迁模型计算汇模型伤的如甚何建倡立？隧道保结构累计算滋如何抬简化夕？不同魂简化匆计算宿结果铸差异屿大！2、隧歉道结施构体霜系的踩计算淹模型国际削隧道鸣协会(I麻TA阻)认为蓄，目汁前采竭用的寻地下禽结构小设计汇方法筑可以屿归纳俯为以撤下4种设恶计模落型：●以工趴程类拴比为申主的经验战设计踏法；●懒以现容场量彼测和狸试验莫为主价的实用升设计揉法●荷载—结构控模型方法●岩体乐力学皮模型方法炮，包逗括解肌析法洞和数离值法叙。2、隧录道结卷构体叛系的张计算续模型从各副国的裂地下虚结构禽设计乔实践钥看，青目前收主要妹采用纺两类勿计算叼模型跨：●一类拍是以支乐护结袖构作蒸为承这载主畅体，结玻构力掌学模吉型，河又称承为荷从载－叔结构延模型蛇；●垦另一棚类则却相反症，视围岩渔为承胜载主丢体，支壮护结途构则熟为约志束围浓岩变挡形的判模型迅，铺即岩灭体力蜓学模侦型或贱称为派围岩—结构叼模型缸。6.搬2隧道午衬砌曾上的玩荷载愤类型1、隧窜道结桂构上当的基本烫荷载2、隧旧道结镜构上缩慧的荷圈载及迷其类板型1、基袋本荷陈载（1）围恭岩压莲力（2）结坟构自端重力2、隧稻道结贷构上扬的荷油载及眯其类帐型按其滚性质买可以巷区分铅为两予大类:●主动由荷载是主夫动作烤用于我结构搅、并猾引起顾结构主变形指的荷左载；●被动艰荷载是因秘结构兔变形验压缩湖围岩晨而引杀起的佳围岩舱被动健抵抗接力，宪即弹赤性抗嫂力，休它对兔结构额变形胃起限陈制作微用。2、隧说道结敞构上剑的荷驱载及茅其类卵型《公路丧隧道辫设计肚规范》J庙TG锻D垮70嗽-2回00染4将隧扇道结逢构上贩荷载歼仿照长桥规塌分为浴：●永久别荷载●可变吃荷载●偶然后荷载编号荷载类型荷载名称1永久荷载（恒载）围岩压力2结构自重力3填土压力水压力4混凝土收缩和徐变影响力5可变荷载基本可变荷载公路车辆荷载，人群荷载6立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力7

立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力8其它可变荷载立交渡槽流水压力9温度变化的影响力10冻胀力施工荷载11偶然荷载落石冲击力12地震力隧规P2唇8：表6.访1.住1作用肆在隧里道结瘦构上勿的荷兼载荷载状组合温：●结构析自重哄＋围享岩压突力＋业附加妻恒载（基走本）●结构太自重蛙＋土笨压力旗＋公痕路荷隆载＋修附加系恒载●结构栏自重趁＋土汁压力眉＋附带加恒盈载＋增施工镜荷载＋温由度作杯用力●结构态自重傲＋土技压力接＋附蛾加恒豆载＋别地震斑作用附加款恒载梅：伴两随隧沉道运谁营的不各种益设备旋设施帜的荷伞载等范。6.鹅3半衬渣砌的咏计算拱圈交直接体支承直在隧瓣道围政岩侧牵壁上所时，封称为拿半衬沟砌●适合腐于坚忘硬和掀较完响整的京围岩(Ⅱ、Ⅲ级)；6.垦3半衬往砌的留计算⑴在垂貌直荷识载作蹦用下到拱圈鄙向隧奸道内爷变形张为自由魔变形，不尚产生缩慧弹性虹抗力疼；1、基避本假书定⑵拱脚吼产生角位竿移和安线位图移，并栏使拱梯圈内策力发续生改纯变，暴计算蹄中除猴按固妙端无死铰拱闸考虑念外，站还必摧须考舰虑拱具脚位剩移的竭影响⑶拱脚没有赤径向渐位移，只买有切眼向位瞒移；⑷对称压的垂骄直分协位移思对拱纠圈内析力不弓产生售影响洽；⑸拱脚岔的转巡寿角垮和竞切向换位移贵的水秀平分犬位移缓是必筝须考厦虑的1、基霜本假登定——有支衔座位丽移无喝铰拱2、基塑本结蔑构式中府：里是盘单位剩变位季，即巡寿在基缺本结基构上没，因贵作用弯时，吹在锻方向阿上所锄产生筒的变不位；才为荷恳载变野位，配即基丽本结句构因昂外荷石载作董用，细在疫方昼向的妹变位翻；f为拱映圈的镇矢高亏；3、正芹则方熄程2、单渣位变邻位及盏荷载雁变位讲的计宪算由结妄构力宏学求封变位汇的方拣法（汉轴向调力与风剪力未影响女忽略夕不计弟）知份道：2、单昆位变析位及描荷载翠变位贷的计缴算在很级多情号况下缺，衬刺砌厚缺度是末改变叛的，盼给积付分带另来不默便，滋这时欠可将盟拱圈侮分成诵偶数斥段，摇用抛味物线茶近似古积分犬法代现替。3、拱隶脚位已移计抖算⑴纯单位款力矩误作用垦时⑵单位窄水平慨力作显用时单位椒水平忙力可送以分痒解为斜轴向覆分力眨和切娇向分造力愁，彼计算德时只抓需考斥虑轴没向分浆力的农影响把，作卖用在宁围岩野表面占的均析布应元力塌和拱百脚产撕生的咸均匀吼沉陷杰为：的水乖平投境影即录为点a的水亲平位池移访，均商匀沉温陷时管拱脚交截面燃不发配生转瓶动，什则有武：（3）陕外荷搏载作傲用时在外吴荷载候作用俊下，钉基本很结构叨中拱螺脚点对处产亏生弯躬矩崖和轴兔向力卫，挂如图输所示桑，拱语脚截护面的村转角碍和芒水平嗽位移地为绣：(4恳)拱脚坚位移拱脚垮的最溉终转夸角仰和针水平境位移和可分苦别考贝虑和外起荷载尺的影事响，接按叠找加原致理求漠得，剂可表编示为成：4拱圈被截面摧内力将以躁上两象组方预程代呆入正磨则方沟程可说得：令则任舞意截役面处喝的内语力为6.缴4曲墙电式衬免砌计她算●制常用然于Ⅳ～Ⅵ级围蜡岩；●芬拱圈调和曲炭边墙秩作为爱一个迅整体隶按无铰侄拱计算缝；●偷施工览时仰场拱是浮在无认铰拱届业已景受力掀之后母修建阁的，牢不考浇虑仰文拱对血衬砌哄内力血的影怜响主；1计算香假设⑴漠在主宿动荷扭载作狱用下瓦，顶棚部衬梅砌向博隧道遭内变荡形而挡形成挎脱离谋区，袖两侧壮衬砌循向围月岩方狐向变舒形，稳引起蹈围岩猫对衬阅砌的汤被动郑弹性滥抗力⑵鸭上零烦点b（即僚脱离赢区与僵抗力藏区的速分界母点）图与衬烤砌垂痕直对厉称中迷线的洞夹角给假定深为⑶乌下零阀点a在墙齿脚⑷最大酿抗力暴点h假定踪蝶发生然在最际大跨对度处话附近宿，计仅算时跃一般岛取俩为桐简化趋计算效可假府定在添分段域的接诱缝上幻玉。⑸播抗力在图形景的分摩布假耗定为撤二次遣抛物脾线bh段：ha段：⑹忽略意衬砌刘与围鼠岩之耽间的柔摩擦偷力⑺卵墙脚建支承自在弹嘉性岩致体上申，可税发生暖转动搂和垂掩直位流移(无水省平位虾移)2、主吴动荷昏载作烈用下纲的力狸法方军程和锋衬砌邻内力式中满为靠墙底硬位移赔。分诞别计姑算降和外灵荷载蜻的影斧响，秆然后在按照典叠加苹原理带相加装得到2、主壤动荷愚载作泊用下肉的力锈法方暴程和眯衬砌皮内力由于驳墙底驼无水私平位墙移，牧故式中首：蕉是樱基本行结构如的单闻位位谱移和菜主动全荷载队位移渐；穴是状墙底兴单位奋转角俗；阁为基荐本结观构墙刊底的冠荷载盗转角咽；f为衬指砌的错矢高福。求得爬后端，在撤主动承荷载架作用箭下，晴衬砌岭内力托即可月计算英：在具塌体进施行计豪算时企，还箩需进烛一步疯确定棍被动启抗力针的大挎小，委这需测要利套用最闪大抗劣力点h处的变形阳协调出条件。3、最北大抗枪力值霜的计埋算●先阻求出联和●变挠位由丧两部酒分组暖成，忍即结映构在宪荷载膏作用会下的拳变位去和因折墙底窄变位柴（转贵角）曾而产披生的薪变位六之和●洁h点所撇对应榴的涛，惹则该懒点的纠径向近位移竿约等己于水情平位沈移●爪拱顶素截面签的垂朽直位诉移对h点径创向位我移的浓影响闷可以础忽略浊不计按照赞结构妥力学道方法市，在h点加绸一单粗位力愚，可僻以求畜得变和4、在垃单位宝抗力询作用亡下的躬内力将抗军力图纺视蒙为外雨荷载陈单独尚作用避时，虫未知迟力略及光可鹿以参溪照春及妄的求败法得余出4、在语单位垮抗力办作用医下的译内力解出兆及选后担，即衡可求灵出衬队砌在烂单位放抗力窝图为加荷载纤单独星作用走下任冰一截棚面内狼力：5、衬疗砌最躲终内滔力计恶算及贸校核愁计算拼结果摸的正羊确性衬砌跃任一寺截面拨最终株内力价值可广利用扰叠加浴原理允求得烛：校核倍计算寇结果狐正确血性时自，可群以利麻用拱妇顶截假面转却角和饰水平队位移稍为零设条件券和最凶大抗云力点a的位临移条雹件：式中买是附墙底慌截面约最终闹转角，6.惜5直墙我式衬据砌计适算6.宵5直墙负式衬芝砌计垃算1、计轧算原煎理⑴南拱圈种按弹性访无铰素拱计算炊，边舞墙按弹性轮地基新上的撒直梁计算障，并锡考虑跟边墙阀与拱怕圈之眯间的有相互素影响剖；⑵暂边墙呢支承在拱圈幕并承酒受围承岩压馒力；⑶酬拱脚魔区段浴的弹善性抗份力为萝二次门抛物慎线分孩布位于45o～55o之间⑷林Wi娘nk棉le醉r假定铺成立泡，即⑸厦拱脚趋位移绸考虑帜边墙稻顶变谱位的卷影响2、边屿墙的县计算——弹性牧地基伯上的票直梁⑴沫直边英墙计耀算分雕类：●逗刚雄性边慰墙●猫短边逗墙●避长枝边墙⑵边墙篮为短厅梁的村计算燃：短梁称的一鸭端受得力及咽变形未对另贪一端观有影归响，内计算价墙顶舅变位馒时，欺要考廉虑到肯墙脚本的受梦力和币变形敌的影灾响。●墙顶杏在单义位弯日矩薯单独柿作用访下，抓墙顶吊的转傍角苹和水板平位旨移臣为●墙顶妹在单锯位水另平力=1单独民作用很下，吐墙顶叛位移武为篇和秧为●在主冤动侧队压力泡（梯砌形荷免载）奸作用逗下，飘墙顶房诚位移白为：其中为基拌底弹倒性抗博力系耕数；k是侧丈向弹辅性抗推力系维数；录是基啦底作沙用有辉单位忍力矩颂时所幅产生泊的转被角；h为边夕墙的骆侧面防高度末；最后合结果忽为：⑶长边记墙计截算——弹性或地基云上的咬半无灾限长田梁，没墙顶根受力工与墙这底无耳关，牺上述眉公式仇可得沫到一奔定的毒简化摇。墙项担单位瞒位移器可以慰简化迟为：⑷边墙孟为刚买性梁●近似仗作为直弹性容地基躺上的戚绝对穷刚性底梁，役近似荷认为饲（即咸）●边墙萄本身威不产律生弹皆性变斑形，漠在外溪力作向用下秘只产家生刚殊体位浪移，液墙顶龟处为猜最大槽值为嫩：称为含刚羡性墙熄的综质合转滥动惯维量，欣因而孔墙侧拜面的普转角宁为：6.军6衬砌垮截面秃强度怎验算1、衬塑砌结厌构检暗算目前周我国碎公路疯隧道跨设计泉规范雄规定拔，隧穗道衬宿砌和语明洞枪应按颈破损洽阶段大检算霜构件辱截面强度。结圾构抗裂有要致求时勺，对逼混凝票土构窑件进拳行抗狂裂验匪算。2、偏师心受似压构鸦件的男极限妹承载硬能力锹，计题算截非面的说抗压环（或之抗拉稀）强胀度安宅全系格数K。检搬查是愉否满脊足规脆范所旺要求督的数厅值，晚即：式中飞：雄是截通面的议极限痛承载莫能力正；钥为弄截面筒的实趴际内或力(轴向板力)押;是规乓范所赌规定絮的强隙度安债全系棉数，熟见下捎表混凝浇土和幅砌体喘结构阿的强盼度安宋全系滑数圬工种类混凝土砌体荷载组合永久荷载+基本可变荷载永久荷载+基本可变荷载+其它可变荷载永久荷载+基本可变荷载永久荷载+基本可变荷载+其它可变荷载混凝土或砌体达到抗压极限强度2.42.02.72.3混凝土达到抗拉极限强度3.63.0