第四章 地下建筑结构的计算方法.ppt

1、,第四章 地下结构的设计方法,1,设计大体思路： 按使用要求、场地条件、施工方法、经济条件等初定结构型式,1 概述,要计算，但不能过于依赖计算,据经验初估结构各部位尺寸,之后进行计算分析，必要时修改构件尺寸或结构型式,2,设计方法一般分以下4类：,工程类比法 （严格说并非计算方法）,地层结构法：共同承载，连续介质理论。,收敛限制法：属地层结构法，弹塑-粘性理论,荷载结构法：主动荷载、主动荷载+弹性抗力,数值法、解析法可用于上列后3种方法的任意一种,计算模型：平面模型、空间模型,1 概述,3,2工程类比法,隧道各级围岩自稳能力判断,工程类比法进行设计,2车道隧道初期支护的设计参数,3车道隧道初期

2、支护的设计参数,Q系统围岩分级与经验设计,Q分级法在欧美等国应用极广 ，该法根据Q值将围岩分为9级（Q=0.0011000），并确定了合理的支护结构参数。 支护体系设计的最大特点是把一次支护作为永久支护，只是在运营后，如果有涌水、冰霜等危害的情况下，才修筑衬砌支护。 通常永久支护是采用高质量（40150MPa）的钢纤维喷射混凝土和全长粘结型高拉力、耐腐蚀的锚杆。,Q系统分级与分级系数的关系,岩体质量分级,Q系统分级的应用 1.估算上覆荷载（作为衬砌结构的外荷载进行结构设计或估算松散荷载的高度）,2.用于经验类比设计 Q指标值结合开挖支护比（ESR）进行经验类比设计,B计算跨度，或称不支护跨度，

3、m；,支护比ESR值,以Q法为基础的岩石支护设计简图,Q系统支护卡,3 荷载结构法,先给出地层对结构的荷载（土、水压力），再按结构力学方法计算。,方法：,关键是荷载的确定方法。,13,4 地层结构法,将地层与结构视为一整体来进行分析，考虑地层-结构的共同作用。,14,解析法：,仅对很简单的问题才可求出解析解，如均质半无限体中的单孔圆形隧道、双孔等直径圆形隧道，以及椭圆形、方形和直墙拱形洞室等问题。但仅对第一种问题得出了精确的解析计算式，对其他情况虽已用复变函数建立了计算式，但最终结果的计算仍需借助于数值逼近。考虑塑性时也仅对圆形洞室的部分课题才有解析解。,4 地层结构法,15,有限元法：,适用

4、性强（各种地层、洞室，非线性，施工过程等）；缺点：本构关系难以准确给出。输入参数不正确，则给出错误结果。,4 地层结构法,16,5 收敛限制法,NATM要点：,基本思想来源于新奥法（NATMNew Austrian Tunneling Method）。,在施工过程中量测洞室收敛位移，以判断洞室稳定性及支护结构的加固效果，并据此对设计进行必要的修改。,17,认为地层有一定的自承能力，支护的目的是将地层加强，二者共同作用。,收敛限制法：,监测反馈、适时支护。,又称特征线法或变形法，是一种以理论为基础、实测为依据、经验为参考的隧道设计方法。由法国人1978年在新奥法的基础上提出。,5 收敛限制法,18,收敛线概念：,据地层及洞室情况可有弹性、塑性、松动等三段。,限制线概念：,支护时间和结构刚度的合理选择：（图 ）,5 收敛限制法,19,收敛线的确定：,解析法，难，不同部位的收敛线不一样；,限制线的确定：与上类似,思想合理，但实际应用上尚待进一步发展,5 收敛限制法,有限元方法；,现场实测法,20,小 结,有限元法理论上完善，但土的应力应变关系至今不成熟，关键问题在于土并非连续材料；,收敛限制法思想合理