隧道工程-第三章ppt课件

1、3.1隧道衬砌上的载荷及分类：及构造计算的隧道衬砌上的载荷及分类：及构造计算的目的。目的。 按性质可分为：自动载荷：围岩压力，地按性质可分为：自动载荷：围岩压力，地 下水下水 产生的动产生的动 压和静压，衬砌。压和静压，衬砌。 被动荷载：自重等。弹性被动荷载：自重等。弹性 抗力。抗力。 3.2 半衬砌的计算半衬砌的计算 1. 半衬砌的概念及适用条件：半衬砌的概念及适用条件： 适用于完好巩固的适用于完好巩固的.5l类围岩中。类围岩中。2.计算模型及结果。计算模型及结果。 假设：假设： a、拱脚围岩的变形为弹性变形。、拱脚围岩的变形为弹性变形。4.2 拱脚没有径向位移。拱脚没有径向位移。4.3 构

2、造对称，载荷对称，围岩隧道纵面均匀构造对称，载荷对称，围岩隧道纵面均匀分布。分布。4.4 拱圆在围压下向隧道内自在变形，不产生拱圆在围压下向隧道内自在变形，不产生弹性抗力。弹性抗力。 计算图式：计算图式：a(b)根据构造力学建立方程：根据构造力学建立方程：X111+ X212+ 1p+a=0X121+ X222+ 2p+fa+Ua=0 根据构造力学求位数方法得：根据构造力学求位数方法得：ik=(MiMk/EJ)dsip=(MiMp0/EJ)ds 用抛物线近似积分法求用抛物线近似积分法求(2)式得：式得：11(s/E)*(1/J) 12(s/E)*(y/J)= 21 22(s/E)*(y2/J)

3、 1p(s/E)*(Mp0/J) 2p(s/E)*(yMp0/J) E弹性模量；J构造刚度，截面惯性矩根据叠加原理计算内力矩、内力、载荷的位移和转角为：aX1*1/KaJa+ X2*f/ KaJa+ Map0/ KaJa Ua= X2*cos2a/ Kabha+ Nap0 cosa/ Kabha将式代入得内力：X1X 由图根据平衡条件得截面处的内力：Mi= X1+ X2Yi+ Mip0 Ni= X2 cos1+ Nip0 式中：式中：EJa=bh3a/12 (截面惯性矩截面惯性矩)Ka围岩弹性抗力系数围岩弹性抗力系数Mp0外力在各段截面处产生的弯外力在各段截面处产生的弯矩。矩。Map0外力在拱

4、脚截面产生的矩。外力在拱脚截面产生的矩。f拱高。拱高。a拱脚截面与垂直拱脚截面与垂直面的夹角面的夹角Nap0外力方法拱脚截面的轴向力。外力方法拱脚截面的轴向力。ii截面的纵向坐标与垂直面截面的纵向坐标与垂直面的夹角。的夹角。Mip0Nip0外截面在截面处产生外截面在截面处产生的弯矩和轴向力。的弯矩和轴向力。 3.3曲墙式衬砌计算：曲墙式衬砌计算：1.概念和适用条件：三类几以下的围岩概念和适用条件：三类几以下的围岩中程度和垂直压力较大。中程度和垂直压力较大。2.计算模型及结果。计算模型及结果。 b+假定：假定：上零点上零点b抗力区顶点与衬砌垂直对称中线的夹角抗力区顶点与衬砌垂直对称中线的夹角b4

5、50.下零点下零点a在墙角，墙角处摩擦力很大，无程度位移，古弹性抗力为在墙角，墙角处摩擦力很大，无程度位移，古弹性抗力为零。零。最大抗力在发出最大跨度处，普通去最大抗力在发出最大跨度处，普通去ah2/3ab.忽略曲墙衬砌与围岩之间的摩擦力的影响，且是偏平安的。忽略曲墙衬砌与围岩之间的摩擦力的影响，且是偏平安的。弹性抗力的分布分别为：弹性抗力的分布分别为： bh段，量二次抛物线分布，任一点抗力表示为：段，量二次抛物线分布，任一点抗力表示为： i= (cos2b cos2i)/( cos2b cos2h) h ah段：段：i=y1/yh1h 6. 从施工角度看，曲墙和仰拱是系数施工的，仰拱对曲墙内

6、从施工角度看，曲墙和仰拱是系数施工的，仰拱对曲墙内力的影响可忽略。力的影响可忽略。 自动载荷下的方程由于： X1p11X2p12+1p+ap=0 X1p21X2p22+p+fap=0ap=X1p1+X2p(2+1)+ ap0=02、1、ap0、ij、1p可参照半衬砌式求出代入求得内自动外载引起的衬砌上部，中间截面处的内力：X1p、Xp求得自动外载作用下任一截面的内力为：MipX1p+ X2p*y+ Mip0NipXpcos1+ Nip0 求得动摇外载作用下任一截面的内力为： h*Mi h*Ni 其中MiX1X2*y+ Mi NiXcos1+ Nip0 h=hp/1/khp 其中：hps/E*M

7、p/J(yhy) hs/E*M/J(yhy) X1(11+1)+ X2(12+f1)+1+a0=0 X1(21+f1)+X2(22+f21)+2+fa0=03.4 弹性地基上直梁的计算公式：为直墙计算打弹性地基上直梁的计算公式：为直墙计算打 根底根底 假设：假设： 、地基为各向同性的弹性体，梁底面与地基间不、地基为各向同性的弹性体，梁底面与地基间不存在间隙；存在间隙； 、梁与地基之间的摩擦力梁的分量对直梁内力的、梁与地基之间的摩擦力梁的分量对直梁内力的影响很小，可以忽略，故地基反力与梁垂直；影响很小，可以忽略，故地基反力与梁垂直； 、直梁厚度与长度之比较小，符合平面假定、直梁厚度与长度之比较小

8、，符合平面假定进展位移和内力计算。可用材力公式进展位移和内力计算。可用材力公式 、地基反力遵照温克尔假定，即：、地基反力遵照温克尔假定，即：P=ky 计算图式：建立单位体平衡方程：H-(H+dH)-q(x)dx+pdx=0 M-(M+dM)+(H+dH)dx+q(X)dx/2-Pdxdx/2=0 整理以后得：dH/dx=p-q(x) H=dM/dx 由资料力学公式：dy/dx M=-EJ(dQ/dx) dH/dx=-EJ(d4/d4x)=p-q(x) 令(k/4EJ)1/4 为弹性特征值 得(d4/d4x)+ 44y=44/kq(x) 对应的齐次方程的通解为： y=c1chx*cosx+c2c

9、hx*sinx+c3chx*xosx+ c4chx*sinx+ 其中c1c4是取决于梁的边境条件和始条件的积分常数 假设令x=0处的位移，转角，弯矩，剪力分别为Uc、Qc、Mc、Hc且令1chx*cosx 2chx*sinx+chx*xosx 3chx*sinx 4chx*sinx-chx*xosx、可以从教材附录II表求得：那么通解为：yUc1-Qc(1/2)+Mc(22/k3)+Hc(/K)4Q=Uc4+Qc1-Mc(223/k)-Hc(22/K)3M=-Uc(K/22)3+Qc(4k/43)+Mc1+ Hc(1/2)2Q=-Uc(K/2)2+Qc(k/22)3-Mc4+Hc1 3.5直墙

10、式衬砌计算：直墙式衬砌计算：1.概念及适用条件：由拱和直墙及底版组成。适用概念及适用条件：由拱和直墙及底版组成。适用于各类围岩，广泛用于各种隧道。于各类围岩，广泛用于各种隧道。2.计算模型计算模型假设：、拱圈内力按未衬砌计算。直墙内力按假设：、拱圈内力按未衬砌计算。直墙内力按性地基上的直梁计算。性地基上的直梁计算。、忽略的性抗力引起的衬砌与围岩之、忽略的性抗力引起的衬砌与围岩之间摩擦力。间摩擦力。、拱脚与墙顶截面没有相对位移，它们程、拱脚与墙顶截面没有相对位移，它们程度位移，垂直位移和角位移一致。度位移，垂直位移和角位移一致。、拱圈部分产生的弹性抗力按抛物线分布，、拱圈部分产生的弹性抗力按抛物线分布，上零点上零点b450,最大抗力最大抗力h发生在拱脚即墙顶处，发生在拱脚即墙顶处，bc间任一点的间任一点的i=(cos2b-cos2p)/ (cos2b-cos2h)*h 计算图示： h+b+3.将拱圈按半衬砌和曲墙的叠加计算。4.将直墙分三种情况： 、1h2.75 、2.75=h 、h=K规规 见教材见教材P131表表表表 即即N=(Ra*b*d)/ K规规 N=(Ra*b*d)/ K规规 当当e0M/N=0.2d