結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

1、山嶺隧道隧道有限元模型的等效結(jié)點(diǎn)力計(jì)算一、隧道概況大連市202路軌道線路延伸工程蔡大嶺隧道位于旅順南路蔡家大嶺，隧道起 訖里程為DK4+843.5DK6+430,全長(zhǎng)1586.57, DK5十632處采用暗挖法施工。 根據(jù)地質(zhì)資料得：圍巖級(jí)別為IV級(jí)，隧道上方土體重度從上往下取yi=18kN/P, =22kN/i3,該斷面的地層及結(jié)構(gòu)等信息見下圖：冊(cè)?J冊(cè)?J圖1圖1縱斷面圖（單位：m）圖2 橫斷面圖（單位：cm）二、荷載計(jì)算由題目所提供資料得知：土體重度依次從上往下取Y=18kN/m3,p=22kN/2, 隧道埋深為20.838+2.188 = 23.026,，隧道二次襯砌側(cè)面土體高8.38

2、?，隧道為單 線，圍巖級(jí)別為IV級(jí)(S=4)。隧道埋深23.026?147屬于深埋隧道，可以形成自然平衡拱。驗(yàn)算坑道高 度與跨度之比：H/B=9.08/10.65=0.8531.7故可采用統(tǒng)計(jì)法公式。應(yīng)該按照雙線隧道圍巖松動(dòng)壓力計(jì)算方法計(jì)算隧道豎 向荷載：1、豎向均布荷載：q=y M式中：g一豎向圍巖壓力；尸一圍巖重度；ha計(jì)算圍巖高度。加=0.45X2SXw其中 w= l+f(B-5)=l+0.1 X (10.65-5)=1.565入=0.45 X 2s-1 X vv=0.45 X 244X 1.565=5.634？q =步“ =22 x 5.634 = 123.948 kPa2、水平側(cè)向荷

3、載：圍巖水平均布作用壓力：。=。15 0.3)0e=(0.15 0.3) X 123.948=18.59 37.18 (kPa)取水平荷載e=30kPci三、結(jié)構(gòu)離散化隧道二次襯砌屬于直墻式襯砌，將模型劃分為0.5?長(zhǎng)的單元：il =x5.4x兀 + 0.5 = 22 ,爪=3. 96/0. 5X2=16,118031352211, = (x 3.53x g 0.5) x 2 = 8, n=n1+m+n3=22+8+16=46。180-隧道平均分為46段，結(jié)構(gòu)離散化簡(jiǎn)圖如下所示：圖3圖3隧道離散化簡(jiǎn)圖四、結(jié)構(gòu)荷載圖示將計(jì)算的緊向均布荷載以及水平側(cè)向荷載施加在隧道結(jié)構(gòu)模型上，得到計(jì)算模型簡(jiǎn)圖如下

4、所示:e=30kPa圖4 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖e=30kPa圖4 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖五、模型等效結(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算隧道所受各種力轉(zhuǎn)化為等效結(jié)點(diǎn)力計(jì)算圖示:圖5圖5均布荷載轉(zhuǎn)化成等效結(jié)點(diǎn)荷載圖6復(fù)雜荷載轉(zhuǎn)化成等效結(jié)點(diǎn)荷載隧道二次襯砌直墻部分只承受水平向的均布荷載，故采用均布荷載轉(zhuǎn)化成等效結(jié)點(diǎn)荷載的形式，其余均承受復(fù)雜荷載。根據(jù)山嶺隧道荷載結(jié)構(gòu)模式計(jì)算方法一節(jié)中的論述，均布荷載在結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下的等效荷載陣列為：gsma此。sa2岌ql . sma 2 ql cosa212.%Mj% 灼 mJ7勺+ %Mj% 灼 mJ7勺+ 3牲207 + 3/20Xj - Xi y)(3q + 2q) - (xy - xi)(3ql

5、+ 2q2)OUOU為-X3q + 7e2203q】+ 7 ch20-U (為 一弓 + 3勺)+ 廣)(2劣 + 3%) oUoU由于劃分單元弧長(zhǎng)較短、弧度較小，采用微元的思想，將所劃分的單元看作 直線單元，隧道弧形看作是由許多0.57的直線組成的折線，在結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下， 單元的傾角從0逐漸變?yōu)?0。根據(jù)單元長(zhǎng)度以及傾角，依次計(jì)算出各個(gè)單元在結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下的x、），坐標(biāo)， 并將坐標(biāo)和單元在結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系下的傾角代入以上均布荷載轉(zhuǎn)化為等效結(jié)點(diǎn)荷載、 復(fù)雜荷載轉(zhuǎn)化為等效結(jié)點(diǎn)荷載陣列中得到有限元模型的等效結(jié)點(diǎn)力。計(jì)算結(jié)果列 表如下：表1各單元結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)坐標(biāo)x /my /in10.4988.35720.989

6、8.28831.4708.17441.9378.01652.3847.81562.8107.57373.2097.29283.5796.97493.9166.622104.2186.239114.4825.829124.6845.393134.8234.936144.8944.460154.8943.960表2 各個(gè)單元傾角單元0-11-22-33-44-55-66-77-88-99-1010-1111-12傾角/。5.2910.5715.8621.1526.4431.7237.0142.3047.5852.8758.1666.05單元12-1313-1414-1515-1616-1717-1

7、818-1919-2020-2121-2222-23傾角/。73.9581.85909090909090909090表3 y軸左側(cè)各單元兩端等效力單元編號(hào)Fxi(kN)FyiN)Mi (kN m)Fxj(kN)%(kN)Mj(kN m)0. 345-30. 8632. 5630. 345-30. 863-2. 563淤21. 035-30. 4292. 5021. 035-30. 429-2. 502淤31. 710-29. 8092.4221. 710-29.809-2. 422淤42.370-28. 9422. 3152. 370-28.942-2. 315淤53. 015-27. 702

8、2. 1653.015-27.702-2. 165淤63. 630-26. 4012. 0213. 630-26. 401-2. 021了4.215-2 1. 72S1. S124.215-24. 728-1.842淤81. 770-22. 9301. 6674. 770-22.930-1.667淤95.280-20. 8851. 1835. 280-20. 885-1.483況5. 745-18. 7161. 3095. 745-18.716-1. 309口6. 150-16. 3611. 1106. 150-16. 361-1. 140修6. 540-12. 5190. S976. 540

9、-12.519-0. 897淤136. 855-8. 6140. 7226. 855-8. 614-0. 722淤147. 140-4.4000.6197. 110-4. 400-0.619蚩7. 50000. 1177. 5000-0.417況7. 50000. 6257. 5000-0. 625淤177. 50000. 6257. 5000-0. 625骯7. 50000. 6257. 5000-0. 625淤197. 50000. 6257. 5000-0. 625淤207. 50000. 6257. 5000-0. 625洪217. 50000. 6257. 5000-0. 625淤2

10、27. 50000. 6257. 5000-0. 625淤237. 50000. 6257. 5000-0. 625表4），軸右側(cè)各單元兩端等效力單元編號(hào)Fxi(kN)FyiN)Mi (kN m)Fx&N)Fyj(kN)Mj(kN m)-0. 345-30. 863-2. 563-0. 345-30. 8632. 563淤2-1. 035-30. 429-2. 502-1.035-30. 4292. 502淤3-1. 710-29. 809-2. 422-1. 710-29.8092.422淤4-2. 370-28. 942-2. 315-2. 370-28.9422. 315淤5-3. 01

11、5-27. 702-2. 165-3.015-27.7022. 165淤6-3. 630-26. 101-2. 021-3. 630-26. 4012. 021了-4.215-2 1. 72S-1. 842-4.215-24.7281. S12淤8-1. 770-22. 930-1. 667-4. 770-22.9301. 667淤9-5. 280-20. 885-1. 483-5. 280-20. 8851.483姬-5. 7 15-18. 716-1. 309-5. 745-18.7161. 309口-6. 150-16. 361-1. 140-6. 150-16. 3611. 140也-

12、6. 540-12. 519-0. 897-6. 540-12.5190. 897淤13-6. 855-8. 614-0. 722-6. 855-8. 6140. 722淤14-7. 1 10-4.400-0. 619-7. 140-4. 4000. 619蚩-7. 5000-0. 117-7. 50000.417況-7. 5000-0. 625-7. 50000. 625心-7. 5000-0. 625-7. 50000. 625骯-7. 5000-0. 625-7. 50000. 625逍-7. 5000-0. 625-7. 50000. 625淤20-7. 5000-0. 625-7.

13、50000. 625洪21-7. 5000-0. 625-7. 50000. 625淤22-7. 5000-0. 625-7. 50000. 625淤23-7. 5000-0. 625-7. 50000. 625結(jié)點(diǎn)編號(hào)y軸左側(cè)y軸右側(cè)F/N)Fyi(kN)Mi (kN in)Fxj(kN)Fyj(kN)Mj(kN00-16. Il l00-16. 114011. 38-61. 292-0. 061-1. 38-61.2920. 06122. 745-60.238-0. 08-2. 715-60. 2380. 0834. 08-5S. 751-0. 107-1. OS-5S.7510. 107

14、45. 385-56. 641-0. 15-5. 385-56. 6440. 1556. 645-54.103-0. I l l-6. 645-51. 1030. 14467. 845-51. 129-0. 179-7. 845-51. 1290. 17978. 985-17. 65S-0. 175-8.985-17.65S0. 175810. 05-43.815-0. 1S1-10. 05-43. 8150. 184911.025-39.601-0. 171-11.025-39. 6010. 1741011.895-35. 077-0. 169-11.895-35.0770. 1691112. 69-28. 88-0. 243-12. 69-28. 880. 2431213. 395-21.