隧道工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、一基本資料1二荷載確定12.1 圍巖豎向均布?jí)毫?2.2 圍巖水平均布力2三襯砌幾何要素2襯砌幾何尺寸23.2 半拱軸線長度S及分段軸長S23.3 割分塊接縫重心幾何要素3四計(jì)算位移34.1 單位位移44.2 載位移主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移44.3 載位移單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移84.4 墻低（彈性地基上的剛性梁）位移12五解力法方程13六計(jì)算主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載（）分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力13七最大抗力值的求解15八計(jì)算襯砌總內(nèi)力16九襯砌截面強(qiáng)度檢算（檢算幾個(gè)控制截面）169.1 拱頂（截面0）169.2 截面（7）189.3 墻低（截面8）偏心檢查18十內(nèi)力圖18一 基本資料高

2、速公路隧道，結(jié)構(gòu)斷面如圖1所示，圍巖級(jí)別為V級(jí)，容重，圍巖的彈性抗力系數(shù)，襯砌材料C20混凝土，彈性模量，容重。 圖1 襯砌結(jié)構(gòu)斷面二 荷載確定2.1 圍巖豎向均布?jí)毫Γ?式中：s圍巖級(jí)別，此處s=5;圍巖容重，此處=18kN/；跨度影響系數(shù)，=1+i(Bm-5)，毛洞跨度Bm=12.30m，Bm=515時(shí)，i=0.1，此處:所以，有：考慮到初期之處承擔(dān)大部分圍巖壓力，而二次襯砌一般作為安全儲(chǔ)備，故對(duì)圍巖壓力進(jìn)行折減，對(duì)于本隧道按照50%折減，即2.2 圍巖水平均布力：三 襯砌幾何要素內(nèi)輪廓半徑r1，r2；內(nèi)徑r1 、r2所畫圓曲線的終點(diǎn)截面與豎直軸的夾角=90，；截面厚度d=0.45m。此處

3、墻底截面為自內(nèi)輪廓半徑r2的圓心向內(nèi)輪廓墻底做連線并延長至與外輪廓相交，其交點(diǎn)到內(nèi)輪廓墻底間的連線。外輪廓線半徑：R1R2拱軸線半徑：拱軸線各段圓弧中心角：=903.2 半拱軸線長度S及分段軸長S分段軸線長度:半拱軸線長度為：S=S1+S2將半拱軸線等分為8段，每段軸長為：3.3 割分塊接縫重心幾何要素（1）與豎直軸夾角另一方面，角度閉合差=0。各接縫中心點(diǎn)坐標(biāo)可由圖1中直接量出。四 計(jì)算位移圖2 襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算圖4.1 單位位移用辛普生法近似計(jì)算，按計(jì)算列表進(jìn)行。單位位移的計(jì)算見表1單位位移計(jì)算如下：計(jì)算精度校核為：閉合差4.2 載位移主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移 （1）每一楔塊上的作用力豎

4、向力： 式中：bi襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，由圖2量得： 單位位移計(jì)算表 表1截面（）sincosx（m）y(m)d(m)0001000.00759 131.6872 0.0000 0.0000 131.6872 10.00759 131.6872 21.1753 3.4050 177.4428 20.00759 131.6872 83.3844 52.7990 351.2549 30.00759 131.6872 182.6370 253.2993 750.2606 40.00759 131.6872 313.6658 747.1207 1506.1396 50.00759 13

5、1.6872 469.8337 1676.2728 2747.6276 60.00759 131.6872 643.2000 3141.5818 4559.6690 70.00759 131.6872 823.1901 5145.8438 6923.9113 80.00759 131.6872 1003.1802 7642.1268 9780.1745 0.06834 1185.1852 3540.2667 18662.4491 26928.1676 注：1. I截面慣性矩，自重力：式中：di接縫i的襯砌截面厚度，本設(shè)計(jì)為等厚度襯砌； 作用在各楔體上的力均列入表2，各集中力均通過相應(yīng)的圖形的行

6、心。（2）外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力。楔體上各集中力對(duì)下一接縫的力臂由圖2中量得，分別記為內(nèi)力按照下式計(jì)算（見圖3）。彎矩：軸力：式中： 圖3內(nèi)力計(jì)算圖示 載位移計(jì)算表 表3截面sincos（Q+G)Esina(Q+G）cosaE00.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10.2303 0.9731 173.2527 7.2105 39.9001 7.0166 32.8835 20.4481 0.8940 337.4923 28.8421 151.2303 25.7849 125.4454 30.6419 0.7668 485.958

7、8 63.9934 311.9369 49.0702 262.8668 40.8012 0.5984 609.6391 110.4135 488.4428 66.0714 422.3714 50.9175 0.3978 704.0266 165.8467 645.9444 65.9738 579.9706 60.9844 0.1759 764.6148 227.1362 752.6868 39.9532 712.7336 70.9992 -0.0391 788.0181 290.6812 787.3877 -11.3656 798.7533 80.9796 -0.2011 803.5405 3

8、53.3249 787.1483 -71.0536 858.2019 載位移的計(jì)算表 表2截面集中力力臂xy-x -yQGE0000000000000000 - 1158.8626 14.2477 7.2105 0.6533 0.6734 0.3015 -103.7849 -9.5944 -2.1740 0.0000 0.0000 0.6834 0.0402 0.0000 0.0000 -115.5533 2149.8494 14.2477 21.6316 0.5729 0.6332 0.4422 -85.8487 -9.0216 -9.5655 173.1102 7.2105 1.2864

9、0.4724 -222.6890 -3.4063 -446.0844 3134.0764 14.2477 35.1513 0.4523 0.5528 0.5628 -60.6427 -7.8761 -19.7832 337.2073 28.8421 1.1457 0.7538 -386.3384 -21.7412 -942.4660 4109.2902 14.2477 46.4200 0.3116 0.4422 0.6533 -34.0548 -6.3003 -30.3262 485.5313 63.9934 0.9447 0.9950 -458.6815 -63.6735 -1535.502

10、2 579.9974 14.2477 55.4332 0.1508 0.3116 0.7035 -12.0636 -4.4396 -38.9972 609.0692 110.4135 0.6935 1.1859 -422.3895 -130.9393 -2144.3315 646.1981 14.2477 61.2895 0.0201 0.1608 0.7236 -0.9286 -2.2910 -44.3491 703.3142 165.8467 0.3920 1.3166 -275.6992 -218.3537 -2685.9531 79.0132 14.2477 63.5450 -0.18

11、09 0.0101 0.7035 1.6305 -0.1439 -44.7039 763.7600 227.1362 0.0904 1.3668 -69.0439 -310.4497 -3108.6640 81.1323 14.2477 62.6437 -0.2211 -0.0603 0.6533 0.2503 0.8591 -40.9251 787.0208 290.6812 -0.1608 1.3668 126.5529 -397.3030 -3419.2298 基本結(jié)構(gòu)中，主動(dòng)荷載產(chǎn)生彎矩的校核為：另一方面，從表2中得到閉合差（3）主動(dòng)荷載位移（計(jì)算過程見表4）。截面(1+y)01234

12、5678主動(dòng)荷載位移計(jì)算表 表4計(jì)算精度校核：閉合差： 4.3 載位移單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移（1）各接縫處的抗力強(qiáng)度抗力上零點(diǎn)假定在接縫3，最大抗力值假定在接縫6，最大抗力值以上各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算：查表1，算得 最大抗力值以下各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算：式中：由圖2中量得：則：按比例將所求得抗力繪于圖2上。（2）各楔體上抗力集中力 按下式計(jì)算：式中：表示楔體i外緣長度，可以通過量取夾角，用弧長公式求得，的方向垂直于襯砌外緣，并通過楔體上抗力圖形的形心。（3）抗力集中力玉摩擦力的合力按下式計(jì)算：式中：圍巖于襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取 。則：其作用方向與抗力集中力的夾角；由于摩擦力

13、的方向與襯砌位移方向相反，其方向向上。將得方向線延長，使之交于豎直軸，量取夾角，將分解為水平和豎直兩個(gè)分力：以上計(jì)算結(jié)果列入表5中。彈性抗力及摩擦力計(jì)算表 表5截面R300.0000 0.0000 0.0000 00.0000 1.0000 0.0000 0.0000 40.4127 0.2064 1.4289 0.3007 60.2262 0.8680 0.4966 0.2610 0.1493 50.7715 0.5921 1.4289 0.8628 71.9529 0.9508 0.3098 0.8203 0.2673 61.0000 0.8857 1.4289 1.2907 84.852

14、0 0.9960 0.0897 1.2854 0.1158 70.7482 0.8741 1.3552 1.2080 97.4317 0.9916 -0.1293 1.1979 -0.1562 80.0000 0.3741 1.4133 0.5392 108.6313 0.9476 -0.3195 0.5110 -0.1723 （4）計(jì)算單位抗力及其相應(yīng)的摩擦力在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力彎矩： 軸力：式中：力至接縫中心點(diǎn)的力臂，由圖2量得。計(jì)算見表6及表7.計(jì)算表 表7 截面453.2473 0.8012 0.5984 0.1493 0.1196 0.2610 0.1562 -0.0365 566

15、.5591 0.9175 0.3978 0.4166 0.3822 1.0813 0.4302 -0.0479 679.8709 0.9844 0.1759 0.5324 0.5241 2.3668 0.4163 0.1078 792.2383 0.9992 -0.0391 0.3762 0.3759 3.5646 -0.1394 0.5152 8101.6000 0.9796 -0.2011 0.2039 0.1997 4.0756 -0.8196 1.0193 計(jì)算表 表6截面40.4824 -0.1451 -0.1451 51.8593 -0.5591 0.6533 -0.5636 -1

16、.1227 63.1959 -0.9610 2.0201 -1.7429 0.6935 -0.8951 -3.5989 74.4321 -1.3327 3.3567 -2.8961 2.0603 -2.6591 0.7638 -0.9227 -7.8106 85.5376 -1.6651 4.6029 -3.9712 3.4070 -4.3972 2.1407 -2.5860 0.9749 -0.5257 -13.1453 （5）單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移。計(jì)算見表8.單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算表 表8截面4-0.1451 131.6872 313.6658 3.3819 -1

17、9.1020 -45.4990 -64.6010 5-1.1227 131.6872 469.8337 4.5678 -147.8492 -527.4964 -675.3456 6-3.5989 131.6872 643.2000 5.8843 -473.9342 -2314.8367 -2788.7708 7-7.8106 131.6872 823.1901 7.2511 -1028.5520 -6429.5815 -7458.1335 8-13.1453 131.6872 1003.1802 8.6179 -1731.0632 -13187.0665 -14918.1297 -3400.5

18、006 -22504.4801 -25904.9807 校核為：閉合差：4.4 墻低（彈性地基上的剛性梁）位移 單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角：主動(dòng)荷載作用下的轉(zhuǎn)角：單位抗力及相應(yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：五 解力法方程襯砌矢高 計(jì)算力法方程的系數(shù)為：以上將單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的位移乘以，即為被動(dòng)荷載的載位移。求解方程為：式中：式中：，以上解的值應(yīng)帶入原方程，校核計(jì)算。六 計(jì)算主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載（）分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力計(jì)算公式為：計(jì)算過程列入表9、10。.主、被動(dòng)荷載作用下襯砌彎矩計(jì)算表 表9截面00.0000 294.2073 0.0000 294.2073 0-2.4743 0.0000 -2.4743

19、 1-115.6492 294.2073 66.1080 244.6661 0-2.4743 0.3287 -2.1456 2-446.4538 294.2073 260.3209 108.0744 0-2.4743 1.2943 -1.1800 3-943.2406 294.2073 570.1817 -78.8516 0-2.4743 2.8349 0.3606 4-1536.7437 294.2073 979.2457 -263.2907 -0.1451 -2.4743 4.8688 2.2494 5-2146.0126 294.2073 1466.7924 -385.0128 -1.1

20、227 -2.4743 7.2928 3.6958 6-2687.9363 294.2073 2008.0314 -385.6977 -3.5989 -2.4743 9.9839 3.9106 7-3110.7260 294.2073 2569.9496 -246.5691 -7.8106 -2.4743 12.7777 2.4928 8-3421.1228 294.2073 3131.8679 4.9524 -13.1453 -2.4743 15.5715 -0.0480 主、被動(dòng)荷載作用下襯砌軸力計(jì)算表 表10截面00.0000 411.1196 411.1196 02.0441 2.04

21、41 132.8835 400.0605 432.9440 01.9891 1.9891 2125.4454 367.5409 492.9863 01.8274 1.8274 3262.8668 315.2465 578.1133 01.5674 1.5674 4422.3714 246.0140 668.3854 -0.0365 1.2232 1.1866 5579.9706 163.5434 743.5140 -0.0479 0.8131 0.7652 6712.7336 72.3159 785.0495 0.1078 0.3596 0.4673 7798.7533 -16.0748 78

22、2.6786 0.5152 -0.0799 0.4353 8858.2019 -82.6761 775.5258 1.0193 -0.4111 0.6083 七 最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移。 考慮到接縫5的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此修正后有：計(jì)算過程列入表11，位移值為：最大抗力值為：最大抗力位移修正計(jì)算表 表11截面038743.3464 -325.8328 4.8843 189234.1269 -1591.4649 132219.4048 -282.5489 4.7235 152188.3587 -1334.6199 214232.0210 -155.3892

23、4.2511 60501.7445 -660.5751 3-10383.7505 47.4903 3.4974 -36316.1291 166.0925 4-34672.0249 296.2205 2.5024 -86763.2752 741.2621 5-50701.2794 486.6915 1.3165 -66748.2343 640.7293 6-50791.4607 514.9794 000八 計(jì)算襯砌總內(nèi)力按下式計(jì)算襯砌總內(nèi)力：計(jì)算過程列入表12.計(jì)算精度的校核為以下內(nèi)容：根據(jù)拱頂切開點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)角和相對(duì)水平位移應(yīng)為零的條件來檢查：式中：閉合差：式中：閉合差：九 襯砌截面強(qiáng)度檢算（檢算幾個(gè)控制截面）9.1 拱頂（截面0）e=0.0880m0.45d=0.2025m（可） 可得