文档介绍：隧道工程
第六章隧道结构计算
第六章隧道结构计算
概述
隧道衬砌上的荷载类型及其组合
半衬砌的计算
曲墙式衬砌计算
直墙式衬砌计算
衬砌截面强度验算
单元刚度矩阵
结构刚度方程
概述
1、引言
⑴隧道结构与地面结构的区别
隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同
●隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系;;
●周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体;
●隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行;
●对不同型式衬砌结构物应该用不同方法进行强度计算。
⑵隧道结构计算的简化问题
●在十九世纪末,隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算的,但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力,忽视了围岩对衬砌的约束作用
●弹性抗力:衬砌在受力过程中的变形,一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势,另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”,在抗力区内,约束着衬砌变形的围岩,相应地产生被动抵抗力
●进入本世纪后,通过长期观测,发现围岩不仅对衬砌施加压力,同时还约束着衬砌的变形。围岩对衬砌变形的约束,对改善衬砌结构的受力状态有利,不容忽视。
⑶局部变形理论和共同变形理论
●局部变形理论:是以温克尔()假定为基础的。它认为应力和变形之间呈直线关系,即围岩弹性抗力系数
●共同变形理论把围岩视为弹性半无限体,考虑相邻质点之间变形的相互影响。它用纵向变形系数E和横向变形系数表示地层特征,并考虑粘结力C和内摩擦角的影响。
2、隧道结构体系的计算模型
经过总结,国际隧道协会(ITA) 认为,目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型:
●以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法;
●以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法
●作用与反作用模型,即荷载—结构模型
●连续介质模型,包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法。
编号
荷载类型
荷载名称
1
永久荷载
(恒载)
围岩压力
2
结构自重力
3
填土压力
4
混凝土收缩和徐变影响力
5
可
变
荷
载
基本
可变
荷载
公路车辆荷载,人群荷载
6
立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力
7
立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力
8
其它
可变
荷载
立交渡槽流水压力
9
温度变化的影响力
10
冻胀力
11
偶然
荷载
落石冲击力
12
地震力
13
施工荷载
表作用在隧道结构上的荷载
半衬砌的计算
拱圈直接支承在坑道围岩侧壁上时,称为半衬砌
●适合于坚硬和较完整的围岩(Ⅱ、Ⅲ级)中
●用先拱后墙法施工时,在拱圈已作好,但马口尚未开挖前,拱圈也处于半衬砌工作状态