《地下鐵道》課程多媒體地下鐵道結(jié)構(gòu)靜動力計(jì)算

1、地下鐵道地下鐵道課程多媒體地課程多媒體地下鐵道結(jié)構(gòu)靜動力計(jì)算下鐵道結(jié)構(gòu)靜動力計(jì)算2022年3月23日星期三2地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算8-1 8-1 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力 工作特性及設(shè)計(jì)模型工作特性及設(shè)計(jì)模型1、結(jié)構(gòu)工作特性、結(jié)構(gòu)工作特性 結(jié)構(gòu)與地層共同作用結(jié)構(gòu)與地層共同作用 共同作用效果取決于地層剛度和結(jié)構(gòu)剛度的差異共同作用效果取決于地層剛度和結(jié)構(gòu)剛度的差異 影響共同作用的因素影響共同作用的因素 多、復(fù)雜、不確定性大、變化大多、復(fù)雜、不確定性大、變化大 還與施工方法、步驟密切相關(guān)還與施工方法、步驟密切相關(guān) 使得：計(jì)算精度、可靠度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求使得：

2、計(jì)算精度、可靠度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求 所以：所以： 一般采用經(jīng)驗(yàn)判斷、結(jié)構(gòu)計(jì)算和實(shí)測相結(jié)合的信息化一般采用經(jīng)驗(yàn)判斷、結(jié)構(gòu)計(jì)算和實(shí)測相結(jié)合的信息化 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)方法2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院3地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院4地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2、設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)模型 因結(jié)構(gòu)型式和施工方法而異因結(jié)構(gòu)型式和施工方法而異2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院5地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院6地下鐵道課程： 第

3、八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算兩類模型兩類模型: 作用作用反作用模型反作用模型 彈性地基框架彈性地基框架 （荷載（荷載-結(jié)構(gòu)模型）結(jié)構(gòu)模型） 彈性地基圓環(huán)彈性地基圓環(huán) 結(jié)構(gòu)力學(xué)方法結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 連續(xù)介質(zhì)模型連續(xù)介質(zhì)模型 解析法解析法 （封閉，近似）（封閉，近似） （地層（地層-結(jié)構(gòu)模型）結(jié)構(gòu)模型） 數(shù)值方法（數(shù)值方法（FEM, BEM, FLAC等）等） 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法 經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法 以工程類比為依據(jù)以工程類比為依據(jù) 收斂收斂-約束法約束法 以現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)為主以現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)為主我國：設(shè)計(jì)模型以荷載我國：設(shè)計(jì)模型以荷載-結(jié)構(gòu)模型為主結(jié)構(gòu)模型為主 為什么？為什么？ 實(shí)際設(shè)

4、計(jì)以經(jīng)驗(yàn)法為主，結(jié)構(gòu)計(jì)算供校核用實(shí)際設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)法為主，結(jié)構(gòu)計(jì)算供校核用2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院7地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算8-2 8-2 作用在地鐵結(jié)構(gòu)上的荷載作用在地鐵結(jié)構(gòu)上的荷載荷載種類：永久荷載荷載種類：永久荷載 ，可變荷載，偶然荷載，可變荷載，偶然荷載計(jì)算荷載：計(jì)算荷載：根據(jù)上述三類荷載同時存在的可能性進(jìn)行最不利組合。根據(jù)上述三類荷載同時存在的可能性進(jìn)行最不利組合。荷載標(biāo)準(zhǔn)值：荷載標(biāo)準(zhǔn)值：地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了人群荷載和運(yùn)營設(shè)備荷載中規(guī)定了人群荷載和運(yùn)營設(shè)備荷載 明挖法施工的地鐵結(jié)構(gòu)：參照明挖法施工的地鐵結(jié)構(gòu)：參照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)

5、范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范取值取值 重要性系數(shù)取重要性系數(shù)取1.1 抗震措施應(yīng)復(fù)合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度抗震措施應(yīng)復(fù)合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度 暗挖法地鐵結(jié)構(gòu)：暗挖法地鐵結(jié)構(gòu)：分項(xiàng)系數(shù)和基本組合值系數(shù)可參照分項(xiàng)系數(shù)和基本組合值系數(shù)可參照鐵路鐵路 隧道設(shè)計(jì)規(guī)范隧道設(shè)計(jì)規(guī)范和上海市和上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（盾構(gòu)法）（盾構(gòu)法）2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院8地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算1、地層壓力計(jì)算方法、地層壓力計(jì)算方法（1）深埋石質(zhì)隧道）深埋石質(zhì)隧道 一般為松動、崩塌（局部）產(chǎn)生的壓力一般為松動、崩塌（局部）產(chǎn)生的壓力 按按鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范建

6、議公式計(jì)算建議公式計(jì)算（2）土質(zhì)隧道）土質(zhì)隧道 豎向：豎向： 淺埋明挖淺埋明挖全土柱重量全土柱重量 深埋暗挖深埋暗挖普氏公式、太沙基公式普氏公式、太沙基公式 側(cè)壓：靜止、主被動土壓力側(cè)壓：靜止、主被動土壓力2、靜水壓力計(jì)算、靜水壓力計(jì)算 根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀（圓形、矩形）考慮不同水位情況根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀（圓形、矩形）考慮不同水位情況2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院9地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算3、地面車輛荷載、地面車輛荷載 （略）（略）4、地震荷載計(jì)算方法、地震荷載計(jì)算方法 地震對結(jié)構(gòu)的作用：剪切錯位、振動地震對結(jié)構(gòu)的作用：剪切錯位、振動 一般對深埋隧道影響較小，對淺

7、埋、尤其是軟弱地層中一般對深埋隧道影響較小，對淺埋、尤其是軟弱地層中 的隧道影響較大。的隧道影響較大。 振動分析方法：動力響應(yīng)分析和動力模型試驗(yàn)（重要結(jié)構(gòu)）振動分析方法：動力響應(yīng)分析和動力模型試驗(yàn)（重要結(jié)構(gòu)） 靜力法或擬靜力法靜力法或擬靜力法 靜力法靜力法地震系數(shù)法或稱慣性力法地震系數(shù)法或稱慣性力法 擬靜力法擬靜力法地層位移法或反應(yīng)位移法（以地基變形為輸?shù)貙游灰品ɑ蚍磻?yīng)位移法（以地基變形為輸 入，不考慮衰減系數(shù)）入，不考慮衰減系數(shù)）2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院10地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算 將隨時間變化的地震力或地層位移用等代的靜地震荷載或靜將隨時間

8、變化的地震力或地層位移用等代的靜地震荷載或靜地層位移代替，然后用靜力計(jì)算模型分析地震荷載或強(qiáng)迫地層地層位移代替，然后用靜力計(jì)算模型分析地震荷載或強(qiáng)迫地層位移作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。位移作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。 等代的靜地震荷載包括：結(jié)構(gòu)本身和洞頂上方土柱的慣性力等代的靜地震荷載包括：結(jié)構(gòu)本身和洞頂上方土柱的慣性力以及主動側(cè)向土壓力增量以及主動側(cè)向土壓力增量 對震級較小和對垂直振動不敏感的結(jié)構(gòu)，可不考慮垂直地震對震級較小和對垂直振動不敏感的結(jié)構(gòu)，可不考慮垂直地震荷載作用，驗(yàn)算抗浮能力時計(jì)及垂直慣性力。荷載作用，驗(yàn)算抗浮能力時計(jì)及垂直慣性力。（1）隧道橫截面上的地震荷載）隧道橫截面上的地震荷載 水平慣性力水平

9、慣性力 F = Q/ g = KcQ2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院11地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算簡化計(jì)算簡化計(jì)算馬蹄形曲墻式襯砌：均布水平慣性力為馬蹄形曲墻式襯砌：均布水平慣性力為fgmKFHgmKFhchc221111式中式中 c綜合影響系數(shù)，與工程重要性、隧道埋深、地層綜合影響系數(shù)，與工程重要性、隧道埋深、地層 特性等有關(guān)。規(guī)范建議，巖石地基取特性等有關(guān)。規(guī)范建議，巖石地基取0.2，非巖石地，非巖石地 基取基取0.25 Kh水平地震系數(shù)，水平地震系數(shù)，7度地區(qū)取度地區(qū)取0.1，8度地區(qū)取度地區(qū)取0.2， 9度地區(qū)取度地區(qū)取0.4 m1，m2上部和仰

10、拱質(zhì)量上部和仰拱質(zhì)量 f仰拱矢高仰拱矢高2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院12地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院13地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算圓形襯砌：圓形襯砌： 均布水平慣性力為均布水平慣性力為DmgKFhc12022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院14地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算矩形襯砌：矩形襯砌： 其均布水平慣性力為其均布水平慣性力為gmKFhgmKFgmKFbhcwhcthc312111式中式中 mt，mb，mw 頂?shù)装?、邊中頂?shù)装?、邊?墻質(zhì)量墻質(zhì)量 h

11、邊墻凈高邊墻凈高2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院15地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算洞頂上方土柱的水平慣性力為：洞頂上方土柱的水平慣性力為：F2 = cKhm上上g主動側(cè)壓力增量：主動側(cè)壓力增量： ei = （a a）qi 式中式中 a = tan2（45 /2） a = tan2（45 - （-） 為地震角。為地震角。7度區(qū)取度區(qū)取1.5度，度，8度區(qū)取度區(qū)取3度，度， 9度區(qū)取度區(qū)取6度度結(jié)構(gòu)和上方土柱垂直慣性力為結(jié)構(gòu)和上方土柱垂直慣性力為 F1 = cKvQ F2 = cKvP 式中式中 Kv垂直地震系數(shù)，一般?。ù怪钡卣鹣禂?shù)，一般?。?/2-2/3）K

12、h Q、P襯砌和上方土柱的重量襯砌和上方土柱的重量2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院16地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算（2）沿隧道縱軸方向的地震荷載）沿隧道縱軸方向的地震荷載 橫波產(chǎn)生的縱向水平慣性力為主。孫均建議：計(jì)算縱向水橫波產(chǎn)生的縱向水平慣性力為主。孫均建議：計(jì)算縱向水平慣性力時，對區(qū)間隧道可按半個波長的結(jié)構(gòu)重量考慮。平慣性力時，對區(qū)間隧道可按半個波長的結(jié)構(gòu)重量考慮。 T = cKh（80W） w為每延長米襯砌重量為每延長米襯砌重量 對于車站結(jié)構(gòu)可按兩條變形縫之間的結(jié)構(gòu)重量計(jì)算對于車站結(jié)構(gòu)可按兩條變形縫之間的結(jié)構(gòu)重量計(jì)算5、地下鐵道車輛荷載、地下鐵道車輛

13、荷載 底板上一般不考慮，在樓板上時必計(jì)底板上一般不考慮，在樓板上時必計(jì)6、隧道上方和破壞棱柱體內(nèi)的設(shè)施和建筑物壓力、隧道上方和破壞棱柱體內(nèi)的設(shè)施和建筑物壓力 規(guī)劃明確的按基底應(yīng)力和其位置確定，不明確的，取值規(guī)劃明確的按基底應(yīng)力和其位置確定，不明確的，取值 20kN/m22022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院17地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算8-3 8-3 區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算一、結(jié)構(gòu)與地層共同作用的處理方法一、結(jié)構(gòu)與地層共同作用的處理方法1、主動荷載模型、主動荷載模型 不考慮結(jié)構(gòu)與地層的共同作用不考慮結(jié)構(gòu)與地層的共同作用 底部約束，其他

14、部分自由變形底部約束，其他部分自由變形 適用于結(jié)構(gòu)地層適用于結(jié)構(gòu)地層“剛度比剛度比” 較大的情況較大的情況2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院18地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2、主動荷載加地層彈性約束模型、主動荷載加地層彈性約束模型 適用于各種地層，區(qū)別在于地層適用于各種地層，區(qū)別在于地層能夠產(chǎn)生的抗力大小和范圍不同能夠產(chǎn)生的抗力大小和范圍不同 可能產(chǎn)生脫離區(qū)。在脫離區(qū)可能產(chǎn)生脫離區(qū)。在脫離區(qū)無抗力作用于襯砌。無抗力作用于襯砌。2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院19地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算3、地層實(shí)測荷載模型、地層實(shí)測荷

15、載模型 實(shí)測荷載是結(jié)構(gòu)與地層相互實(shí)測荷載是結(jié)構(gòu)與地層相互作用的綜合反映作用的綜合反映 只用于量測條件相同的結(jié)構(gòu)只用于量測條件相同的結(jié)構(gòu) 本次量測結(jié)果只能在后續(xù)工程本次量測結(jié)果只能在后續(xù)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院20地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算基底反力和地層彈性抗力問題基底反力和地層彈性抗力問題 采用溫克勒爾假定計(jì)算反力或抗力大小采用溫克勒爾假定計(jì)算反力或抗力大小 抗力大小與結(jié)構(gòu)變形有關(guān)，而結(jié)構(gòu)變形又取決于荷載大小抗力大小與結(jié)構(gòu)變形有關(guān)，而結(jié)構(gòu)變形又取決于荷載大?。ò沽Υ笮。?，且抗力系數(shù)不是地層的固有特性參數(shù)

16、，因（包括抗力大?。?，且抗力系數(shù)不是地層的固有特性參數(shù)，因此求反力或抗力是一個非線性問題。必須采用迭代方法處理。此求反力或抗力是一個非線性問題。必須采用迭代方法處理。 處理辦法：假設(shè)彈性抗力系數(shù)為恒量或抗力分布已知，用處理辦法：假設(shè)彈性抗力系數(shù)為恒量或抗力分布已知，用一系列彈性鏈桿代替連續(xù)分布的彈性抗力，變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu)進(jìn)一系列彈性鏈桿代替連續(xù)分布的彈性抗力，變?yōu)槌o定結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。行計(jì)算。2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院21地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算二、明挖箱形結(jié)構(gòu)計(jì)算二、明挖箱形結(jié)構(gòu)計(jì)算 順作法施工時，結(jié)構(gòu)受主動荷載作用，地層不產(chǎn)生抗力順作法施工時，結(jié)

17、構(gòu)受主動荷載作用，地層不產(chǎn)生抗力2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院22地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算基底反力計(jì)算：基底反力計(jì)算： 假設(shè)結(jié)構(gòu)為剛性體假設(shè)結(jié)構(gòu)為剛性體根據(jù)靜力平衡條件計(jì)算根據(jù)靜力平衡條件計(jì)算 假設(shè)結(jié)構(gòu)為溫克勒爾地基上的箱形結(jié)構(gòu)假設(shè)結(jié)構(gòu)為溫克勒爾地基上的箱形結(jié)構(gòu)根據(jù)根據(jù)i=ki計(jì)算計(jì)算矩陣位移法計(jì)算彈性地基上的框架內(nèi)力步驟：矩陣位移法計(jì)算彈性地基上的框架內(nèi)力步驟：（1）將結(jié)構(gòu)劃分為等截面直梁單元）將結(jié)構(gòu)劃分為等截面直梁單元2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院23地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算（2）計(jì)算整體坐標(biāo)下的普通等

18、直梁單元剛度矩陣）計(jì)算整體坐標(biāo)下的普通等直梁單元剛度矩陣2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院24地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算（3）計(jì)算整體坐標(biāo)下彈性地基上等直梁單元剛度矩陣）計(jì)算整體坐標(biāo)下彈性地基上等直梁單元剛度矩陣（4）將分布荷載按靜力等效原則離散為等效節(jié)點(diǎn)力）將分布荷載按靜力等效原則離散為等效節(jié)點(diǎn)力2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院25地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算（5）按直剛法原理組集總剛矩陣和荷載列陣，形成剛度矩陣）按直剛法原理組集總剛矩陣和荷載列陣，形成剛度矩陣 方程方程 K = P（6）引入邊界條件）引入邊界條件（

19、7）求解剛度方程得到節(jié)點(diǎn)位移列陣）求解剛度方程得到節(jié)點(diǎn)位移列陣（8）根據(jù)單元剛度矩陣和節(jié)點(diǎn)位移列陣和底板各節(jié)點(diǎn)豎向位移）根據(jù)單元剛度矩陣和節(jié)點(diǎn)位移列陣和底板各節(jié)點(diǎn)豎向位移 計(jì)算各單元內(nèi)力及基底反力計(jì)算各單元內(nèi)力及基底反力三、暗挖馬蹄形襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算三、暗挖馬蹄形襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算 除脫離區(qū)外，支護(hù)的其他部位均受到地層的彈性抗力作用。除脫離區(qū)外，支護(hù)的其他部位均受到地層的彈性抗力作用。1、彈性地基梁圖式、彈性地基梁圖式2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院26地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算彈性地基梁計(jì)算模型及彈性地基梁計(jì)算模型及 單元劃分圖單元劃分圖 將曲線拱形結(jié)構(gòu)劃分為等

20、截將曲線拱形結(jié)構(gòu)劃分為等截面直桿組成的折線形結(jié)構(gòu)。若面直桿組成的折線形結(jié)構(gòu)。若采用矩陣位移法時，可假定脫采用矩陣位移法時，可假定脫離區(qū)范圍內(nèi)（約在拱頂離區(qū)范圍內(nèi)（約在拱頂60左左右）的等直桿為普通梁單元，右）的等直桿為普通梁單元，其余均為彈性地基等直梁單元，其余均為彈性地基等直梁單元，同時假定仰拱中點(diǎn)的水平位移同時假定仰拱中點(diǎn)的水平位移為零。為零。2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院27地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2、彈性支撐鏈桿圖式、彈性支撐鏈桿圖式（1）將折線拱的全部桿件視）將折線拱的全部桿件視為普通等直梁單元為普通等直梁單元（2）將脫離區(qū)以外的分布的）將

21、脫離區(qū)以外的分布的彈性抗力用彈性支撐鏈桿代彈性抗力用彈性支撐鏈桿代替，并作用在節(jié)點(diǎn)處。替，并作用在節(jié)點(diǎn)處。2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院28地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算式中式中其他同前述其他同前述復(fù)合襯砌受力分析方法：荷載按比例分擔(dān)，前期初期支護(hù)承受復(fù)合襯砌受力分析方法：荷載按比例分擔(dān)，前期初期支護(hù)承受 一定比例的荷載并計(jì)算內(nèi)力，其余荷載內(nèi)外襯砌共同承擔(dān)。一定比例的荷載并計(jì)算內(nèi)力，其余荷載內(nèi)外襯砌共同承擔(dān)。 內(nèi)外襯砌之間用二力桿單元模擬內(nèi)外襯砌之間用二力桿單元模擬 采用矩陣位移法時，彈性支撐鏈桿在整體坐標(biāo)系下的單元剛度采用矩陣位移法時，彈性支撐鏈桿在整體

22、坐標(biāo)系下的單元剛度矩陣為矩陣為2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院29地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院30地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算四、暗挖圓形襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算四、暗挖圓形襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算 用于盾構(gòu)法施工的圓形隧道用于盾構(gòu)法施工的圓形隧道1、自由變形彈性均質(zhì)圓環(huán)法、自由變形彈性均質(zhì)圓環(huán)法 適用條件適用條件:處于軟弱地層和飽和軟粘土中的整體式襯砌，或接處于軟弱地層和飽和軟粘土中的整體式襯砌，或接頭剛度接近結(jié)構(gòu)本身剛度的裝配式圓形襯砌。頭剛度接近結(jié)構(gòu)本身剛度的裝配式圓形襯砌。 假設(shè)：地層不提供側(cè)向彈性抗力

23、；假設(shè)：地層不提供側(cè)向彈性抗力； 基底豎向反力按均勻分布考慮，根據(jù)靜力平衡計(jì)算；基底豎向反力按均勻分布考慮，根據(jù)靜力平衡計(jì)算； 結(jié)構(gòu)為彈性均質(zhì)體。結(jié)構(gòu)為彈性均質(zhì)體。 對淺埋隧道，為簡化計(jì)算，可將拱背上的非均勻分布的豎向?qū)\埋隧道，為簡化計(jì)算，可將拱背上的非均勻分布的豎向地層壓力近似地?fù)Q算成均布荷載：地層壓力近似地?fù)Q算成均布荷載：2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院31地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算 q2 = G/（2Rh） G為拱背上、拱頂下地層壓為拱背上、拱頂下地層壓力總和。力總和。 所以，豎向均布地層壓力為：所以，豎向均布地層壓力為： q = h + q22

24、022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院32地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2、考慮側(cè)向水平彈性抗力法、考慮側(cè)向水平彈性抗力法 適用條件：處于能提供側(cè)向彈性抗力的地層，如硬粘土、砂性適用條件：處于能提供側(cè)向彈性抗力的地層，如硬粘土、砂性土中的整體式或裝配式圓形襯砌。土中的整體式或裝配式圓形襯砌。 假設(shè)：地層側(cè)向彈性抗力為水平方向作用，并呈三角形分布，假設(shè)：地層側(cè)向彈性抗力為水平方向作用，并呈三角形分布， 上下零點(diǎn)在水平直徑上下上下零點(diǎn)在水平直徑上下45度處，最大值在水平直徑處度處，最大值在水平直徑處 基底反力按均布考慮，并根據(jù)靜力平衡條件計(jì)算?；追戳Π淳伎紤]，并根據(jù)

25、靜力平衡條件計(jì)算。 最大水平側(cè)向壓力：最大水平側(cè)向壓力： )045. 0(24)22(44HHkkKREJRegqKK式中式中 E，J襯砌材料彈性模量和襯砌截面慣性矩襯砌材料彈性模量和襯砌截面慣性矩221eee2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院33地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院34地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算3、彈性地基梁法或彈性支撐鏈桿法、彈性地基梁法或彈性支撐鏈桿法 適用范圍同情況適用范圍同情況2，假定條件和計(jì)算公式同暗挖馬蹄形襯砌，假定條件和計(jì)算公式同暗挖馬蹄形襯砌4、梁、梁-彈簧解析

26、法彈簧解析法 直接用剪切彈簧和旋轉(zhuǎn)彈簧模擬管片的環(huán)向接頭和徑向接頭的直接用剪切彈簧和旋轉(zhuǎn)彈簧模擬管片的環(huán)向接頭和徑向接頭的剛度，計(jì)算時取兩環(huán)或三環(huán)襯砌一起考慮。剛度，計(jì)算時取兩環(huán)或三環(huán)襯砌一起考慮。2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院35地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算8-4 8-4 車站結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算車站結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算問題的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)為拱形（暗挖）或箱形（明挖）問題的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)為拱形（暗挖）或箱形（明挖） 一般為多跨多層結(jié)構(gòu)一般為多跨多層結(jié)構(gòu) 施工順序、工藝對結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)影響大施工順序、工藝對結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)影響大1、多跨多層矩形框架結(jié)構(gòu)整體計(jì)算方法、多跨多層矩形框架結(jié)

27、構(gòu)整體計(jì)算方法 一次整體受力的彈性地基上的框架，以一個柱距為計(jì)算單位一次整體受力的彈性地基上的框架，以一個柱距為計(jì)算單位2、考慮施工步驟的計(jì)算方法、考慮施工步驟的計(jì)算方法（1）采用工程上習(xí)用的平面桿系矩陣位移法）采用工程上習(xí)用的平面桿系矩陣位移法（2）應(yīng)能反映地層與結(jié)構(gòu)相互作用及土體的非線性特性）應(yīng)能反映地層與結(jié)構(gòu)相互作用及土體的非線性特性2022年3月23日星期三華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院36地下鐵道課程： 第八章 地下鐵道結(jié)構(gòu)靜、動力計(jì)算（3）將結(jié)構(gòu)受力的變化過程劃分為若干個相對獨(dú)立的階段進(jìn)行）將結(jié)構(gòu)受力的變化過程劃分為若干個相對獨(dú)立的階段進(jìn)行 計(jì)算計(jì)算（4）應(yīng)能反映結(jié)構(gòu)受力的繼承性）應(yīng)能反映結(jié)構(gòu)受力的繼承性 增量法（型式、剛度、支撐條件和荷載條件變化）增量法（型式、剛度、支撐條件和荷載條件變化） 對于蓋挖逆作法：支撐拆除對于蓋挖逆作法：支撐拆除 反向施