文档介绍：第06章隧道衬砌结构计算
道路与桥梁工程系乔雄
9/8/2018
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内容
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
衬砌截面强度验算
2018-09-08
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第06章隧道衬砌结构计算
概述
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概述
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。各种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质,周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体,其承载能力必须加以充分利用。隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行,对隧道衬砌的要求除必须保证有足够的净空外,还要求有足够的强度,以保证在使用年限内结构物有可靠的安全度。
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隧道建筑虽然是一种古老的建筑结构,但其结构计算理论的形成却较晚。从现有资料看,最初的计算理论形成于十九世纪。最初的隧道衬砌使用砖石材料,其结构型式通常为拱形。采用的截面厚度常常很大,所以结构变形很小,可以忽略不计。因为构件的刚度很大,故将其视为刚性体,计算时按静力学原理确定其承载时压力线位置,检算结构强度。
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在十九世纪末,混凝土已经是广泛使用的建筑材料,它具有整体性好,可以在现场根据需要进行模注等特点。这时,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,而未将围岩的弹性抗力计算在内,忽视了围岩对衬砌的约束作用。其计算原理和地面结构一样。由于把衬砌视为自由变形的弹性结构,因而,通过计算得到的衬砌结构厚度很大,过于安全。
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进入二十世纪后,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。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”,如图6-1所示。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,即“弹性抗力”。
弹性抗力因围岩性质、围岩压力大小和结构变形的不同而异。但是对这个问题有不同的见解,即局部变形理论和共同变形理论。
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图6-1 抗力区和脱离区
变形后外轮廓线
脱离区
衬砌
抗力区
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