李超源—曲拱墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、課程名稱(chēng)：地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與方法設(shè)計(jì)題目： 曲墻拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 院 系： 土木工程系 專(zhuān) 業(yè)： 隧道工程 年 級(jí)： 2007級(jí) 姓 名： 李超源 指導(dǎo)教師： 嚴(yán)濤 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū) 2010年 11月 30 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)專(zhuān) 業(yè) 隧道工程 姓 名 李超源 學(xué) 號(hào) 20077112 開(kāi)題日期：2010 年 11月 15 日 完成日期：2010 年 11月 30日題 目 曲墻拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)的目的 練習(xí)用假定彈性反力法設(shè)計(jì)曲墻拱結(jié)構(gòu)。 二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求 曲墻拱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及襯砌截面強(qiáng)度檢算。 三、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ) 四、成 績(jī) 指導(dǎo)教師 (簽章) 年 月 日目錄一、 計(jì)算結(jié)構(gòu)的幾何尺寸

2、，并繪制斷面圖···············3二、 計(jì)算作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)荷載·················4三、 繪制分塊圖············&

3、#183;························4四、 計(jì)算半拱軸長(zhǎng)度·······················&#

4、183;·········5五、 計(jì)算各分段截面中心的幾何要素···················5六、 計(jì)算基本結(jié)構(gòu)的單位位移················

5、;·······7七、 計(jì)算主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的變位和·····8八、 解主動(dòng)荷載作用下的力法方程····················12九、 計(jì)算主動(dòng)荷載作用下各截面的內(nèi)力，并校核計(jì)算精度·13十、 求單位彈性反力圖及相應(yīng)摩擦力作用下基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的變位和&

6、#183;······························13十一、解彈性反力及其摩擦力作用下的立法方程··········16十二、求單位彈性反力圖及摩擦力作用下截面的內(nèi)力，并校核其計(jì)算

7、精度····································17十三、最大彈性反力值的計(jì)算···········&

8、#183;···········17十四、計(jì)算贅余力和······························18十五、計(jì)算襯砌截面內(nèi)總的內(nèi)力并校核計(jì)算精度··

9、83;·······18十六、繪制內(nèi)力圖····································20十七、襯砌截面強(qiáng)度檢算··

10、3;···························20一、 計(jì)算結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，并繪制斷面圖結(jié)構(gòu)斷面如圖11所示圖11 單線(xiàn)鐵路隧道斷面圖a、巖體特性巖體為級(jí)圍巖，隧道埋深200m；計(jì)算摩擦角，巖體重度，圍巖的彈性反力系數(shù)K=200MPa/m，基底圍巖彈性反力系數(shù)。b、 襯砌材料采用C25混凝土；重度，彈性模量，混凝土襯

11、砌軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，混凝土軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。c、 結(jié)構(gòu)尺寸 ， ，。二、計(jì)算作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)荷載。作用在結(jié)構(gòu)上的荷載形式為均布豎向荷載q和均布水平側(cè)向荷載e，其側(cè)壓系數(shù)為e=0.15q。 均布豎向荷載（m） (kPa) 均布水平側(cè)向荷載：(kPa)三、繪制分塊圖。因結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，荷載對(duì)稱(chēng)，故取半跨計(jì)算，如圖22。圖22 半跨結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式四、計(jì)算半拱軸線(xiàn)長(zhǎng)度 a、求水平線(xiàn)以下邊墻的軸線(xiàn)半徑（單位：cm）及其與水平線(xiàn)的夾角 假定水平線(xiàn)以下 的軸線(xiàn)為一圓弧，則其半徑由圖33求得。 圖33 邊墻軸線(xiàn)的計(jì)算 由圖上量得：，。 故 b、計(jì)算半拱軸線(xiàn)長(zhǎng)度s及分塊軸線(xiàn)長(zhǎng)度（單位：cm）式中為各圓弧軸線(xiàn)的

12、半徑 半拱軸線(xiàn)長(zhǎng)度 分塊長(zhǎng)度 五、計(jì)算各分段截面中心的幾何要素 a、求各截面與豎直軸的夾角 校核角度： b、各截面中心坐標(biāo)（單位：cm） 坐標(biāo)校核 六、計(jì)算基本結(jié)構(gòu)的單位位移計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表11。校核： 說(shuō)明變位計(jì)算結(jié)果正確。 在誤差允許范圍內(nèi)，曲墻拱結(jié)構(gòu)幾何要素見(jiàn)表11。七、計(jì)算主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的變位和a、襯砌每一塊上的作用力 豎向力： （KN） 側(cè)向水平力： （KN）自重力： （KN） 計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表22。 注意：以上各集中力均通過(guò)相應(yīng)何在圖形的形心。b、主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的內(nèi)力分塊上各集中力對(duì)下一分點(diǎn)的截面形心的力臂由分塊圖上量取（圖44），并分別記為、。圖44 單元主動(dòng)荷載圖示

13、彎矩： （KN·m）軸力： （KN）式中 和的計(jì)算過(guò)程示于表22和表33。校核： （KN·m） （KN·m） (KN·m)計(jì)算誤差：在誤差范圍內(nèi)。C、主動(dòng)荷載位移和 計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表44。 經(jīng)校核，故計(jì)算正確。d 、墻底（彈性地基上的剛性梁）位移計(jì)算單位彎矩作用下墻底截面產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角 主動(dòng)荷載作用下墻底截面產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角 八、解主動(dòng)荷載作用下的力法方程 式中 其中 拱矢高，。解： 九、計(jì)算主動(dòng)荷載作用下各截面的內(nèi)力，并校核計(jì)算精度 （KN·m） (KN) 計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表55。十、求單位彈性反力圖及相應(yīng)摩擦力作用下基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的變位和。a、各截面的彈性反力

14、強(qiáng)度 最大彈性反力零點(diǎn)假定在截面2，即，最大彈性反力值假定在截面4，即。拱圈任意截面的外緣彈性反力強(qiáng)度（圖55） （KPa）圖55 單元單位彈性反力荷載圖式邊墻任意截面的外緣彈性反力強(qiáng)度 （KPa）b、各分塊上的彈性反力集中力 （KN）方向垂直襯砌外緣，并通過(guò)分塊上彈性反力圖形的形心。計(jì)算見(jiàn)表66。C、彈性反力集中力與集中力的合力d、計(jì)算作用下基本結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 （KN·m） （KN）計(jì)算參照表77和表88。e、計(jì)算作用下產(chǎn)生的荷載位移和 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表99。 經(jīng)校核，故計(jì)算正確。十一、解彈性反力及其摩擦力作用下的立法方程 式中、和均同前。 解得 代入原方程檢驗(yàn)，計(jì)算正確。十二、求單位彈性

15、反力圖及摩擦力作用下截面的內(nèi)力，并校核其計(jì)算精度 （KN·m） (KN) 計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表1010。十三、最大彈性反力值的計(jì)算 計(jì)算參照式（）進(jìn)行。先求位移和： （m） （m） （rad） （rad） 計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表1111。十四、計(jì)算贅余力和 （KN·m） (KN)十五、計(jì)算襯砌截面內(nèi)總的內(nèi)力并校核計(jì)算精度 a 、襯砌各截面內(nèi)力 （KN·m） (KN) 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1212。b 、校核計(jì)算精度墻底截面最終轉(zhuǎn)角： (rad)校核： 相對(duì)誤差是：，故計(jì)算正確。十六、繪制內(nèi)力圖計(jì)算結(jié)果按一定比例繪制如圖。結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖十七、襯砌截面強(qiáng)度檢算由計(jì)算可知，故按承載能力極限狀態(tài)檢算： 式中 軸力標(biāo)準(zhǔn)值，取； 混凝土襯砌構(gòu)件抗