隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、第三章 隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算3.1基本參數(shù)圍巖級(jí)別：級(jí)圍巖容重：=18.5圍巖彈性抗力系數(shù)：K=1.5×10襯砌材料為C25混凝土，彈性模量E=2.95×10,容重=23.3.2荷載確定圍巖垂直均布?jí)毫Π吹V山法施工的隧道圍巖荷載為： q=0.45×2 =0.45×21+i(B-5) =0.45×2×18.5×1+0.1×(13.24-5) =242.96()考慮到初期支護(hù)承擔(dān)大部分圍巖壓力，而對(duì)二次襯砌一般作為安全儲(chǔ)備，故對(duì)圍巖壓力進(jìn)行折減，對(duì)本隧道按30%折減，取為170 . 圍巖水平均布?jí)毫?e=0.4q=0.

2、4×170=68 3.3計(jì)算位移3.3.1單位位移所有尺寸見下圖1：半拱軸線長度s=11.4947(m)將半拱軸線長度等分為8段，則s=s/8=1.4368(m) s/ E=0.4871×10 （）計(jì)算襯砌的幾何要素，詳見下表3.1.截面（。）sincos xyd(m)1/I ()y/I ()/I ()/I ()0.0000 0.0000 0.0000 12.9238 1.4247 0.1614 25.8477 2.7772 0.6373 38.7715 3.9890 1.4036 51.6953 4.9987 2.4216 64.6192 5.7552 3.6396 77

3、.5430 6.2200 4.9959 90.3353 6.3698 6.4219 90.0000 6.2454 7.8518 注：1.I截面慣性矩，I=/12,b取單位長度。2.不考慮軸力影響。 單位位移值用新普生法近似計(jì)算，計(jì)算如下： =0.4871×10×864.0000=4.2085×10 =0.4871×10×2643.1776=1.2875×10 =0.4871×10×14338.9160=6.9845×10 計(jì)算精度校核為： +2+=(0.42085+2×1.2875+6.9845

4、) ×10=9.9803×10 =0.4871×10×20489.2712=9.9803×10 閉合差=0 載位移主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移（1） 每一楔塊上的作用力 豎向力：Q= 側(cè)向力：E=eh 自重力：G= 算式中:b和h由圖1中量得 d為接縫的襯砌截面厚度作用在各楔塊上的力均列入下表3.2：載位移計(jì)算表 表3.2QGQGE（2） 外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力 內(nèi)力按下算式計(jì)算 彎矩：=- 軸力：=sin ，的計(jì)算結(jié)果見下表3.3.表3.4： 載位移計(jì)算表 表3.3E(Q+G)Exyx(Q+G)yE0.0000 0.0000 1.42

5、47 0.1614 1.3525 0.4759 1.2118 0.7663 1.0097 1.0180 0.7565 1.2180 0.4648 1.3563 0.1498 1.4260 -0.1244 1.4299 載位移計(jì)算表 表3.4sincos (Q+G)Esin(Q+G)cosE（3）主動(dòng)荷載位移計(jì)算結(jié)果見表3.5： 主動(dòng)荷載位移計(jì)算表 表3.51/Iy/I/I·y/I·(1+y)/I 則：= = -0.4871××2300881.6426 = -0.1121 = = -0.4871××11795777.616 = -0.5

6、746計(jì)算精度校核： += -0.1121-0.5746=-0.6867 =-0.4871××14096659.259=-0.6867閉合差：=03.3.3載位移單位彈性抗力圖及相應(yīng)的摩擦力引起的位移（1）各接縫處的彈性抗力強(qiáng)度 抗力上零點(diǎn)假設(shè)在接縫3處，=38.7715=； 最大抗力值假定在接縫6處，=77.5430=； 最大抗力值以上各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算： = = = 算出: =0, =0.3985, =0.7556, =; 最大抗力值以下各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算： = 式中：所考察截面外緣點(diǎn)到h點(diǎn)的垂直距離； 墻腳外緣點(diǎn)到h點(diǎn)的垂直距離。 由圖1中量得：=1.48

7、13m，=2.9097m =0.7408 =0 按比例將所求得的抗力繪在分塊圖上。（2）各楔塊上抗力集中力按下式近似計(jì)算 = 式中：楔塊外緣長度。（3）抗力集中力與摩擦力之合力R按下式計(jì)算： =其中，為圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，取0.2，則=1.0198，其作用放向與抗力集中力的夾角=11.3099.由于摩擦阻力的方向與襯砌位移方向相反，其方向朝上。將的方向線延長，使之交于垂直軸，量取夾角（自豎直軸反時(shí)針方向量），將分解為水平和豎向兩個(gè)分力： =sin =將以上結(jié)果列入表3.6中。 彈性抗力及摩擦力計(jì)算表 表3.6截面 ()(+)/2()()sin cos()()（4）計(jì)算單位抗力圖及其相應(yīng)的摩

8、擦力在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力 彎矩：=- 軸力：=-式中：力至接縫中心點(diǎn)K的力臂。計(jì)算結(jié)果見表3.7表3.8： 計(jì)算表 表3.7截面=0.3034=0.8787=1.3367=1.3254=0.5420 ()()()()()() 計(jì)算表 表3.8截面（）sin cos ()sin()()cos()()（5）單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移，計(jì)算見表3.9：單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算表 表3.9截面()1/Iy/I/Iy/I(1+y)/I = =-0.4871××2675.9582 =-1.3035× = =-0.4871××18240.

9、9648=-8.8852×校核為： += -（1.3035+8.8852）×=-1.0189× = -0.4871××20916.9231 =-1.0189× 閉合差：=0墻底（彈性地基上的剛性梁）位移單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角： =×96=64×主動(dòng)荷載作用下的轉(zhuǎn)角： =-5784.4665×64×=-3.7021單位抗力及相應(yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角： =-14.2620×64×=-0.00913.4 解力法方程襯砌計(jì)算矢高f=7.8518(m)計(jì)算力法方程的系數(shù)：=4.2085&#

10、215;10+64×=6.82085×=1.2875×10+7.8518×64×=5.1539×10 以上將單位抗力圖及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的位移乘以倍，即被動(dòng)荷載的載位移。求解方程：式中： ，式中： ，3.5計(jì)算主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力計(jì)算公式為： 計(jì)算過程見下表3.10、3.11：主、被動(dòng)荷載作用下襯砌彎矩計(jì)算表 表3.10截面主、被動(dòng)荷載作用下襯砌軸力計(jì)算表 表3.11截面·cos·cos3.6最大抗力值的推求：首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移?？紤]到接縫6處的徑向位移與水平方向有一定的偏移，因此將其修正如

11、下：計(jì)算過程見下表3.12： 最大抗力位移修正計(jì)算表 表3.12截面/I/I()/I()/I位移值為：·=0.4871××259285.2804×0.9765=0.01233· = -0.4871××1700.0430×0.9765=-8.086×最大抗力值為：3.7計(jì)算襯砌總內(nèi)力按下式計(jì)算襯砌總內(nèi)力：計(jì)算過程見下表3.13：截面e 襯砌總內(nèi)力計(jì)算表 表3.13計(jì)算精度的校核：根據(jù)拱頂切開點(diǎn)之間相對(duì)轉(zhuǎn)角和相對(duì)水平位移應(yīng)為零的條件來檢查。 由表3.13得，-0.4871××7595.2081=-3.6996× 0.5781×64×=3.6996×閉合差：0 -0.4871××59636.0551=-2.9049×7.8518×3.6996×=2.9049×閉合差：03.8襯砌截面強(qiáng)度檢算檢算幾個(gè)控制截面：拱頂（截面0）0.0897m&l