文档介绍：兰州理工大学土木工程学院
隧道工程
角容
61概述
62隧道衬砌上的荷载类型及其组合
63半衬砌的计算
64曲墙式衬砌计算
65衬砌截面强度验算
020-06-09
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第06章隧道衬砌结构计算
61概述
2020/6/9
兰州理工大学士木工程学院
School of civil engineering Lanzhou University of Technology
隧道工程
61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。
面路桥抗抢险再立新功
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隧道工程
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
晩。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。
Fig. . Building the bricked lining, Lotschberg tunnel
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隧道工程
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
三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。
竖回积皆主动正力
辶
侧向岩主动压
地层反力
(a)
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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
三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。
变形后外轮廓线
衬砌
抗力区
图6-1抗力区和脱离区
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一局部变形理论
局部变形理论是以温克尔( E. Winkler)假定为基础的。它认为应
力(G)和变形(8)之间呈线性关系,即σ=k6,k为独立岩柱的弹性抗
力系数,见图62a。这一假定,相当于认为围岩是一组各自独立的弹簧
每个弹簧表示一个小岩柱。
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6-2a独立的弹簧
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