隧道工程第章隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算

隧道工程第6章隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算本章學(xué)習(xí)要求：（1）熟悉公路隧道的荷載類型及其隧道結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型簡(jiǎn)化方法；（2）掌握半襯砌和曲墻式襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法；（3）了解公路隧道的數(shù)值分析方法。第6章隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算6.1概述6.2隧道襯砌上的荷載類型及其組合6.3半襯砌的計(jì)算6.4曲墻式襯砌計(jì)算6.5直墻式襯砌計(jì)算6.6襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算6.7單元?jiǎng)偠染仃?.8結(jié)構(gòu)剛度方程6.1概述1、隧道結(jié)構(gòu)環(huán)境及其簡(jiǎn)化2、隧道結(jié)構(gòu)體系的計(jì)算模型1、隧道結(jié)構(gòu)環(huán)境及其簡(jiǎn)化⑴隧道結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的區(qū)別

隧道結(jié)構(gòu)工程特性、設(shè)計(jì)原則和方法與地面結(jié)構(gòu)完全不同⑴隧道結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的區(qū)別●隧道結(jié)構(gòu)是由周邊圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)兩者組成共同的并相互作用的結(jié)構(gòu)體系●周邊圍巖在很大程度上是隧道結(jié)構(gòu)承載的主體●隧道敵襯砌想的設(shè)室計(jì)和擦計(jì)算意應(yīng)結(jié)漲合圍巖寨自承匪能力進(jìn)行稠，保堡證使傍用壽搞限內(nèi)怖的安收全度--滋--護(hù)--在保變證安祖全的僑前提咱下盡搜可能禮地經(jīng)劣濟(jì)⑴隧道岸結(jié)構(gòu)碗與地芒面結(jié)打構(gòu)的禁區(qū)別⑵隧道漫結(jié)構(gòu)租計(jì)算陵的簡(jiǎn)禿化問(wèn)隆題根據(jù)懲實(shí)際搞環(huán)境將和邊伙界條霸件如何首簡(jiǎn)化盛對(duì)計(jì)買算結(jié)漁果影危響非箱常重倆要⑵隧道替結(jié)構(gòu)臂計(jì)算抄的簡(jiǎn)林化問(wèn)添題⑵隧道蛙結(jié)構(gòu)肥計(jì)算蠢的簡(jiǎn)窗化問(wèn)殊題●在十聰九世蛇紀(jì)末筍，隧偶道襯睜砌結(jié)罰構(gòu)是研作為超靜桐定彈宰性拱計(jì)算釀的，敏但僅俯考慮眉作用扮在襯晝砌上觸的圍辭巖壓桿力，文忽視火了圍鳴巖對(duì)樹襯砌暢的約魂束作擔(dān)用●彈性揚(yáng)抗力：襯省砌在追受力豬過(guò)程閑中的朽變形燙，一胸部分綿結(jié)構(gòu)蘋有離清開圍調(diào)巖形溫成“脫離未區(qū)”的趨外勢(shì)，肌另一圈部分摘壓緊研圍巖脾形成獵所謂“抗力華區(qū)”，在惕抗力班區(qū)內(nèi)撈，約束黨著襯珠砌變奔形的爺圍巖繡相應(yīng)駁地產(chǎn)感生被脖動(dòng)抵化抗力⑵隧道亡結(jié)構(gòu)址計(jì)算勸的簡(jiǎn)閑化問(wèn)炎題●進(jìn)入測(cè)本世籮紀(jì)后帶，通凳過(guò)長(zhǎng)類期觀惠測(cè)，何發(fā)現(xiàn)款圍巖沸不僅匹對(duì)襯粘砌施弱加壓它力，蚊同時(shí)輛還約束胃著襯泰砌的起變形。圍晶巖對(duì)指襯砌草變形膝的約厲束，對(duì)改漏善襯攤砌結(jié)軋構(gòu)的倚受力統(tǒng)狀態(tài)斧有利，不溫容忽仍視⑵隧道如結(jié)構(gòu)灣計(jì)算伯的簡(jiǎn)勉化問(wèn)翁題⑶局部稍變形渾理論舍和共蠟同變企形理篩論●局部青變形魯理論稍：是戲以溫械克爾（E.性Wi采nk持le饅r）假定妙為基凳礎(chǔ)的漫。它倚認(rèn)為翁應(yīng)力擁和變誤形之苗間呈線性佛關(guān)系，即浩為圍巖撫彈性發(fā)抗力晴系數(shù)●共同化變形騎理論狹把圍枯巖視共為彈暈性半角無(wú)限桑體，考慮詳相鄰真質(zhì)點(diǎn)析之間寸變形敏的相普互影腰響。⑶局部牲變形倍理論充和共爭(zhēng)同變蕩形理泊論2、隧幕道結(jié)倉(cāng)構(gòu)體悠系的史計(jì)算遷模型計(jì)算匯模型傷的如甚何建倡立？隧道保結(jié)構(gòu)累計(jì)算滋如何抬簡(jiǎn)化夕？不同魂簡(jiǎn)化匆計(jì)算宿結(jié)果鑄差異嶼大！2、隧歉道結(jié)施構(gòu)體霜系的踩計(jì)算淹模型國(guó)際削隧道鳴協(xié)會(huì)(I麻TA阻)認(rèn)為蓄，目汁前采竭用的尋地下禽結(jié)構(gòu)小設(shè)計(jì)匯方法筑可以嶼歸納俯為以撤下4種設(shè)惡計(jì)模落型：●以工趴程類拴比為申主的經(jīng)驗(yàn)戰(zhàn)設(shè)計(jì)踏法；●懶以現(xiàn)容場(chǎng)量彼測(cè)和貍試驗(yàn)?zāi)獮橹鲀r(jià)的實(shí)用升設(shè)計(jì)揉法●荷載—結(jié)構(gòu)控模型方法●巖體樂(lè)力學(xué)皮模型方法炮，包逗括解肌析法洞和數(shù)離值法敘。2、隧錄道結(jié)卷構(gòu)體叛系的張計(jì)算續(xù)模型從各副國(guó)的裂地下虛結(jié)構(gòu)禽設(shè)計(jì)喬實(shí)踐鑰看，青目前收主要妹采用紡兩類勿計(jì)算叼模型跨：●一類拍是以支樂(lè)護(hù)結(jié)袖構(gòu)作蒸為承這載主暢體，結(jié)玻構(gòu)力掌學(xué)模吉型，河又稱承為荷從載－叔結(jié)構(gòu)延模型蛇；●墾另一棚類則卻相反癥，視圍巖漁為承勝載主丟體，支壯護(hù)結(jié)途構(gòu)則熟為約志束圍濃巖變擋形的判模型迅，鋪即巖滅體力蜓學(xué)模偵型或賤稱為派圍巖—結(jié)構(gòu)叼模型缸。6.搬2隧道午襯砌曾上的玩荷載憤類型1、隧竄道結(jié)桂構(gòu)上當(dāng)?shù)幕緺C荷載2、隧舊道結(jié)鏡構(gòu)上縮慧的荷圈載及迷其類板型1、基袋本荷陳載（1）圍恭巖壓蓮力（2）結(jié)墳構(gòu)自端重力2、隧稻道結(jié)貸構(gòu)上揚(yáng)的荷油載及瞇其類帳型按其滾性質(zhì)買可以巷區(qū)分鉛為兩予大類:●主動(dòng)由荷載是主夫動(dòng)作烤用于我結(jié)構(gòu)攪、并猾引起顧結(jié)構(gòu)主變形指的荷左載；●被動(dòng)艱荷載是因秘結(jié)構(gòu)兔變形驗(yàn)壓縮湖圍巖晨而引殺起的佳圍巖艙被動(dòng)健抵抗接力，憲即彈赤性抗嫂力，休它對(duì)兔結(jié)構(gòu)額變形胃起限陳制作微用。2、隧說(shuō)道結(jié)敞構(gòu)上劍的荷驅(qū)載及茅其類卵型《公路喪隧道辮設(shè)計(jì)肚規(guī)范》J廟TG鍛D垮70嗽-2回00染4將隧扇道結(jié)逢構(gòu)上販荷載殲仿照長(zhǎng)橋規(guī)塌分為?。骸裼谰脛e荷載●可變吃荷載●偶然后荷載編號(hào)荷載類型荷載名稱1永久荷載（恒載）圍巖壓力2結(jié)構(gòu)自重力3填土壓力水壓力4混凝土收縮和徐變影響力5可變荷載基本可變荷載公路車輛荷載，人群荷載6立交公路車輛荷載及其所產(chǎn)生的沖擊力和土壓力7

立交鐵路列車活載及其所產(chǎn)生的沖擊力和土壓力8其它可變荷載立交渡槽流水壓力9溫度變化的影響力10凍脹力施工荷載11偶然荷載落石沖擊力12地震力隧規(guī)P2唇8：表6.訪1.住1作用肆在隧里道結(jié)瘦構(gòu)上勿的荷兼載荷載狀組合溫：●結(jié)構(gòu)析自重哄＋圍享巖壓突力＋業(yè)附加妻恒載（基走本）●結(jié)構(gòu)太自重蛙＋土笨壓力旗＋公痕路荷隆載＋修附加系恒載●結(jié)構(gòu)欄自重趁＋土汁壓力眉＋附帶加恒盈載＋增施工鏡荷載＋溫由度作杯用力●結(jié)構(gòu)態(tài)自重傲＋土技?jí)毫樱蕉昙雍愣馆d＋別地震斑作用附加款恒載梅：伴兩隨隧沉道運(yùn)誰(shuí)營(yíng)的不各種益設(shè)備旋設(shè)施幟的荷傘載等范。6.鵝3半襯渣砌的詠計(jì)算拱圈交直接體支承直在隧瓣道圍政巖側(cè)牽壁上所時(shí)，封稱為拿半襯溝砌●適合腐于堅(jiān)忘硬和掀較完響整的京圍巖(Ⅱ、Ⅲ級(jí))；6.墾3半襯往砌的留計(jì)算⑴在垂貌直荷識(shí)載作蹦用下到拱圈鄙向隧奸道內(nèi)爺變形張為自由魔變形，不尚產(chǎn)生縮慧彈性虹抗力疼；1、基避本假書定⑵拱腳吼產(chǎn)生角位竿移和安線位圖移，并欄使拱梯圈內(nèi)策力發(fā)續(xù)生改純變，暴計(jì)算蹄中除猴按固妙端無(wú)死鉸拱閘考慮念外，站還必摧須考艦慮拱具腳位剩移的竭影響⑶拱腳沒(méi)有赤徑向漸位移，只買有切眼向位瞞移；⑷對(duì)稱壓的垂驕直分協(xié)位移思對(duì)拱糾圈內(nèi)析力不弓產(chǎn)生售影響洽；⑸拱腳岔的轉(zhuǎn)巡壽角垮和競(jìng)切向換位移貴的水秀平分犬位移緩是必箏須考廈慮的1、基霜本假登定——有支銜座位麗移無(wú)喝鉸拱2、基塑本結(jié)蔑構(gòu)式中府：里是盤單位剩變位季，即巡壽在基缺本結(jié)基構(gòu)上沒(méi)，因貴作用彎時(shí)，吹在鍛方向阿上所鋤產(chǎn)生筒的變不位；才為荷懇載變野位，配即基麗本結(jié)句構(gòu)因昂外荷石載作董用，細(xì)在疫方晝向的妹變位翻；f為拱映圈的鎮(zhèn)矢高虧；3、正芹則方熄程2、單渣位變鄰位及盞荷載雁變位講的計(jì)憲算由結(jié)妄構(gòu)力宏學(xué)求封變位匯的方揀法（漢軸向調(diào)力與風(fēng)剪力未影響女忽略夕不計(jì)弟）知份道：2、單昆位變析位及描荷載翠變位貸的計(jì)繳算在很級(jí)多情號(hào)況下缺，襯刺砌厚缺度是末改變叛的，盼給積付分帶另來(lái)不默便，滋這時(shí)欠可將盟拱圈侮分成誦偶數(shù)斥段，搖用拋味物線茶近似古積分犬法代現(xiàn)替。3、拱隸腳位已移計(jì)抖算⑴純單位款力矩誤作用墾時(shí)⑵單位窄水平慨力作顯用時(shí)單位椒水平忙力可送以分癢解為斜軸向覆分力眨和切嬌向分造力愁，彼計(jì)算德時(shí)只抓需考斥慮軸沒(méi)向分漿力的農(nóng)影響把，作賣用在寧圍巖野表面占的均析布應(yīng)元力塌和拱百腳產(chǎn)撕生的咸均勻吼沉陷杰為：的水乖平投境影即錄為點(diǎn)a的水親平位池移訪，均商勻沉溫陷時(shí)管拱腳交截面燃不發(fā)配生轉(zhuǎn)瓶動(dòng)，什則有武：（3）陜外荷搏載作傲用時(shí)在外吳荷載候作用俊下，釘基本很結(jié)構(gòu)叨中拱螺腳點(diǎn)對(duì)處產(chǎn)虧生彎躬矩崖和軸兔向力衛(wèi)，掛如圖輸所示桑，拱語(yǔ)腳截護(hù)面的村轉(zhuǎn)角礙和芒水平嗽位移地為繡：(4懇)拱腳堅(jiān)位移拱腳垮的最溉終轉(zhuǎn)夸角仰和針?biāo)骄澄灰坪涂煞挚鄤e考貝慮和外起荷載尺的影事響，接按疊找加原致理求漠得，劑可表編示為成：4拱圈被截面摧內(nèi)力將以躁上兩象組方預(yù)程代呆入正磨則方溝程可說(shuō)得：令則任舞意截役面處喝的內(nèi)語(yǔ)力為6.繳4曲墻電式襯免砌計(jì)她算●制常用然于Ⅳ～Ⅵ級(jí)圍蠟巖；●芬拱圈調(diào)和曲炭邊墻秩作為愛(ài)一個(gè)迅整體隸按無(wú)鉸侄拱計(jì)算縫；●偷施工覽時(shí)仰場(chǎng)拱是浮在無(wú)認(rèn)鉸拱屆業(yè)已景受力掀之后母修建閣的，牢不考澆慮仰文拱對(duì)血襯砌哄內(nèi)力血的影憐響主；1計(jì)算香假設(shè)⑴漠在主宿動(dòng)荷扭載作獄用下瓦，頂棚部襯梅砌向博隧道遭內(nèi)變蕩形而擋形成挎脫離謀區(qū)，袖兩側(cè)壯襯砌循向圍月巖方狐向變舒形，穩(wěn)引起蹈圍巖貓對(duì)襯閱砌的湯被動(dòng)鄭彈性濫抗力⑵鴨上零煩點(diǎn)b（即僚脫離贏區(qū)與僵抗力藏區(qū)的速分界母點(diǎn)）圖與襯烤砌垂痕直對(duì)厲稱中迷線的洞夾角給假定深為⑶烏下零閥點(diǎn)a在墻齒腳⑷最大釀抗力暴點(diǎn)h假定蹤蝶發(fā)生然在最際大跨對(duì)度處話附近宿，計(jì)僅算時(shí)躍一般島取倆為桐簡(jiǎn)化趨計(jì)算效可假府定在添分段域的接誘縫上幻玉。⑸播抗力在圖形景的分摩布假耗定為撤二次遣拋物脾線bh段：ha段：⑹忽略意襯砌劉與圍鼠巖之耽間的柔摩擦偷力⑺卵墻腳建支承自在彈嘉性巖致體上申，可稅發(fā)生暖轉(zhuǎn)動(dòng)摟和垂掩直位流移(無(wú)水省平位蝦移)2、主吳動(dòng)荷昏載作烈用下綱的力貍法方軍程和鋒襯砌鄰內(nèi)力式中滿為靠墻底硬位移賠。分誕別計(jì)姑算降和外靈荷載蜻的影斧響，稈然后在按照典疊加蘋原理帶相加裝得到2、主壤動(dòng)荷愚載作泊用下肉的力銹法方暴程和瞇襯砌皮內(nèi)力由于駁墻底駝無(wú)水私平位墻移，牧故式中首：蕉是櫻基本行結(jié)構(gòu)如的單聞位位譜移和菜主動(dòng)全荷載隊(duì)位移漸；穴是狀墻底興單位奮轉(zhuǎn)角俗；閣為基薦本結(jié)觀構(gòu)墻刊底的冠荷載盜轉(zhuǎn)角咽；f為襯指砌的錯(cuò)矢高福。求得爬后端，在撤主動(dòng)承荷載架作用箭下，晴襯砌嶺內(nèi)力托即可月計(jì)算英：在具塌體進(jìn)施行計(jì)豪算時(shí)企，還籮需進(jìn)燭一步瘋確定棍被動(dòng)啟抗力針的大挎小，委這需測(cè)要利套用最閃大抗劣力點(diǎn)h處的變形陽(yáng)協(xié)調(diào)出條件。3、最北大抗槍力值霜的計(jì)埋算●先阻求出聯(lián)和●變撓位由喪兩部酒分組暖成，忍即結(jié)映構(gòu)在憲荷載膏作用會(huì)下的拳變位去和因折墻底窄變位柴（轉(zhuǎn)貴角）曾而產(chǎn)披生的薪變位六之和●潔h點(diǎn)所撇對(duì)應(yīng)榴的濤，惹則該懶點(diǎn)的糾徑向近位移竿約等己于水情平位沈移●爪拱頂素截面簽的垂朽直位訴移對(duì)h點(diǎn)徑創(chuàng)向位我移的濃影響悶可以礎(chǔ)忽略濁不計(jì)按照贊結(jié)構(gòu)妥力學(xué)道方法市，在h點(diǎn)加綢一單粗位力愚，可僻以求畜得變和4、在垃單位寶抗力詢作用亡下的躬內(nèi)力將抗軍力圖紡視蒙為外雨荷載陳單獨(dú)尚作用避時(shí)，蟲未知遲力略及光可鹿以參溪照春及妄的求敗法得余出4、在語(yǔ)單位垮抗力辦作用醫(yī)下的譯內(nèi)力解出兆及選后擔(dān)，即衡可求靈出襯隊(duì)砌在爛單位放抗力窩圖為加荷載纖單獨(dú)星作用走下任冰一截棚面內(nèi)狼力：5、襯療砌最躲終內(nèi)滔力計(jì)惡算及貿(mào)校核愁計(jì)算拼結(jié)果摸的正羊確性襯砌躍任一寺截面撥最終株內(nèi)力價(jià)值可廣利用擾疊加浴原理允求得燭：校核倍計(jì)算寇結(jié)果狐正確血性時(shí)自，可群以利麻用拱婦頂截假面轉(zhuǎn)卻角和飾水平隊(duì)位移稍為零設(shè)條件券和最兇大抗云力點(diǎn)a的位臨移條雹件：式中買是附墻底慌截面約最終鬧轉(zhuǎn)角，6.惜5直墻我式襯據(jù)砌計(jì)適算6.宵5直墻負(fù)式襯芝砌計(jì)垃算1、計(jì)軋算原煎理⑴南拱圈種按彈性訪無(wú)鉸素拱計(jì)算炊，邊舞墻按彈性輪地基新上的撒直梁計(jì)算障，并錫考慮跟邊墻閥與拱怕圈之瞇間的有相互素影響剖；⑵暫邊墻呢支承在拱圈幕并承酒受圍承巖壓饅力；⑶酬拱腳魔區(qū)段浴的彈善性抗份力為蘿二次門拋物慎線分孩布位于45o～55o之間⑷林Wi娘nk棉le醉r假定鋪成立泡，即⑸廈拱腳趨位移綢考慮幟邊墻稻頂變譜位的卷影響2、邊嶼墻的縣計(jì)算——彈性牧地基伯上的票直梁⑴沫直邊英墻計(jì)耀算分雕類：●逗剛雄性邊慰墻●貓短邊逗墻●避長(zhǎng)枝邊墻⑵邊墻籃為短廳梁的村計(jì)算燃：短梁稱的一鴨端受得力及咽變形未對(duì)另貪一端觀有影歸響，內(nèi)計(jì)算價(jià)墻頂舅變位饅時(shí)，欺要考廉慮到肯墻腳本的受夢(mèng)力和幣變形敵的影災(zāi)響?！駢斝釉趩瘟x位彎日矩薯單獨(dú)柿作用訪下，抓墻頂?shù)醯霓D(zhuǎn)傍角蘋和水板平位旨移臣為●墻頂妹在單鋸位水另平力=1單獨(dú)民作用很下，吐墻頂叛位移武為篇和秧為●在主冤動(dòng)側(cè)隊(duì)壓力泡（梯砌形荷免載）奸作用逗下，飄墻頂房誠(chéng)位移白為：其中為基拌底彈倒性抗博力系耕數(shù)；k是側(cè)丈向彈輔性抗推力系維數(shù)；錄是基啦底作沙用有輝單位忍力矩頌時(shí)所幅產(chǎn)生泊的轉(zhuǎn)被角；h為邊夕墻的駱側(cè)面防高度末；最后合結(jié)果忽為：⑶長(zhǎng)邊記墻計(jì)截算——彈性或地基云上的咬半無(wú)災(zāi)限長(zhǎng)田梁，沒(méi)墻頂根受力工與墻這底無(wú)耳關(guān)，犧上述眉公式仇可得沫到一奔定的毒簡(jiǎn)化搖。墻項(xiàng)擔(dān)單位瞞位移器可以慰簡(jiǎn)化遲為：⑷邊墻孟為剛買性梁●近似仗作為直彈性容地基躺上的戚絕對(duì)窮剛性底梁，役近似荷認(rèn)為飼（即咸）●邊墻萄本身威不產(chǎn)律生彈皆性變斑形，漠在外溪力作向用下秘只產(chǎn)家生剛殊體位浪移，液墻頂龜處為猜最大槽值為嫩：稱為含剛羨性墻熄的綜質(zhì)合轉(zhuǎn)濫動(dòng)慣維量，欣因而孔墻側(cè)拜面的普轉(zhuǎn)角寧為：6.軍6襯砌垮截面禿強(qiáng)度怎驗(yàn)算1、襯塑砌結(jié)厭構(gòu)檢暗算目前周我國(guó)碎公路瘋隧道跨設(shè)計(jì)泉規(guī)范雄規(guī)定拔，隧穗道襯宿砌和語(yǔ)明洞槍應(yīng)按頸破損洽階段大檢算霜構(gòu)件辱截面強(qiáng)度。結(jié)圾構(gòu)抗裂有要致求時(shí)勺，對(duì)逼混凝票土構(gòu)窯件進(jìn)拳行抗狂裂驗(yàn)匪算。2、偏師心受似壓構(gòu)鴉件的男極限妹承載硬能力鍬，計(jì)題算截非面的說(shuō)抗壓環(huán)（或之抗拉?。?qiáng)脹度安宅全系格數(shù)K。檢搬查是愉否滿脊足規(guī)脆范所旺要求督的數(shù)廳值，晚即：式中飛：雄是截通面的議極限痛承載莫能力正；鑰為弄截面筒的實(shí)趴際內(nèi)或力(軸向板力)押;是規(guī)乓范所賭規(guī)定絮的強(qiáng)隙度安債全系棉數(shù)，熟見(jiàn)下捎表混凝澆土和幅砌體喘結(jié)構(gòu)阿的強(qiáng)盼度安宋全系滑數(shù)圬工種類混凝土砌體荷載組合永久荷載+基本可變荷載永久荷載+基本可變荷載+其它可變荷載永久荷載+基本可變荷載永久荷載+基本可變荷載+其它可變荷載混凝土或砌體達(dá)到抗壓極限強(qiáng)度2.42.02.72.3混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度3.63.0