隧道工程-第三章ppt課件

1、3.1隧道襯砌上的載荷及分類：及構(gòu)造計(jì)算的隧道襯砌上的載荷及分類：及構(gòu)造計(jì)算的目的。目的。 按性質(zhì)可分為：自動(dòng)載荷：圍巖壓力，地按性質(zhì)可分為：自動(dòng)載荷：圍巖壓力，地 下水下水 產(chǎn)生的動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng) 壓和靜壓，襯砌。壓和靜壓，襯砌。 被動(dòng)荷載：自重等。彈性被動(dòng)荷載：自重等。彈性 抗力?？沽?。 3.2 半襯砌的計(jì)算半襯砌的計(jì)算 1. 半襯砌的概念及適用條件：半襯砌的概念及適用條件： 適用于完好鞏固的適用于完好鞏固的.5l類圍巖中。類圍巖中。2.計(jì)算模型及結(jié)果。計(jì)算模型及結(jié)果。 假設(shè)：假設(shè)： a、拱腳圍巖的變形為彈性變形。、拱腳圍巖的變形為彈性變形。4.2 拱腳沒有徑向位移。拱腳沒有徑向位移。4.3 構(gòu)

2、造對(duì)稱，載荷對(duì)稱，圍巖隧道縱面均勻構(gòu)造對(duì)稱，載荷對(duì)稱，圍巖隧道縱面均勻分布。分布。4.4 拱圓在圍壓下向隧道內(nèi)自在變形，不產(chǎn)生拱圓在圍壓下向隧道內(nèi)自在變形，不產(chǎn)生彈性抗力。彈性抗力。 計(jì)算圖式：計(jì)算圖式：a(b)根據(jù)構(gòu)造力學(xué)建立方程：根據(jù)構(gòu)造力學(xué)建立方程：X111+ X212+ 1p+a=0X121+ X222+ 2p+fa+Ua=0 根據(jù)構(gòu)造力學(xué)求位數(shù)方法得：根據(jù)構(gòu)造力學(xué)求位數(shù)方法得：ik=(MiMk/EJ)dsip=(MiMp0/EJ)ds 用拋物線近似積分法求用拋物線近似積分法求(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彈性模量；J構(gòu)造剛度，截面慣性矩根據(jù)疊加原理計(jì)算內(nèi)力矩、內(nèi)力、載荷的位移和轉(zhuǎn)角為：aX1*1/KaJa+ X2*f/ KaJa+ Map0/ KaJa Ua= X2*cos2a/ Kabha+ Nap0 cosa/ Kabha將式代入得內(nèi)力：X1X 由圖根據(jù)平衡條件得截面處的內(nèi)力：Mi= X1+ X2Yi+ Mip0 Ni= X2 cos1+ Nip0 式中：式中：EJa=bh3a/12 (截面慣性矩截面慣性矩)Ka圍巖彈性抗力系數(shù)圍巖彈性抗力系數(shù)Mp0外力在各段截面處產(chǎn)生的彎外力在各段截面處產(chǎn)生的彎矩。矩。Map0外力在拱

4、腳截面產(chǎn)生的矩。外力在拱腳截面產(chǎn)生的矩。f拱高。拱高。a拱腳截面與垂直拱腳截面與垂直面的夾角面的夾角Nap0外力方法拱腳截面的軸向力。外力方法拱腳截面的軸向力。ii截面的縱向坐標(biāo)與垂直面截面的縱向坐標(biāo)與垂直面的夾角。的夾角。Mip0Nip0外截面在截面處產(chǎn)生外截面在截面處產(chǎn)生的彎矩和軸向力。的彎矩和軸向力。 3.3曲墻式襯砌計(jì)算：曲墻式襯砌計(jì)算：1.概念和適用條件：三類幾以下的圍巖概念和適用條件：三類幾以下的圍巖中程度和垂直壓力較大。中程度和垂直壓力較大。2.計(jì)算模型及結(jié)果。計(jì)算模型及結(jié)果。 b+假定：假定：上零點(diǎn)上零點(diǎn)b抗力區(qū)頂點(diǎn)與襯砌垂直對(duì)稱中線的夾角抗力區(qū)頂點(diǎn)與襯砌垂直對(duì)稱中線的夾角b4

5、50.下零點(diǎn)下零點(diǎn)a在墻角，墻角處摩擦力很大，無程度位移，古彈性抗力為在墻角，墻角處摩擦力很大，無程度位移，古彈性抗力為零。零。最大抗力在發(fā)出最大跨度處，普通去最大抗力在發(fā)出最大跨度處，普通去ah2/3ab.忽略曲墻襯砌與圍巖之間的摩擦力的影響，且是偏平安的。忽略曲墻襯砌與圍巖之間的摩擦力的影響，且是偏平安的。彈性抗力的分布分別為：彈性抗力的分布分別為： bh段，量二次拋物線分布，任一點(diǎn)抗力表示為：段，量二次拋物線分布，任一點(diǎn)抗力表示為： i= (cos2b cos2i)/( cos2b cos2h) h ah段：段：i=y1/yh1h 6. 從施工角度看，曲墻和仰拱是系數(shù)施工的，仰拱對(duì)曲墻內(nèi)

6、從施工角度看，曲墻和仰拱是系數(shù)施工的，仰拱對(duì)曲墻內(nèi)力的影響可忽略。力的影響可忽略。 自動(dòng)載荷下的方程由于： X1p11X2p12+1p+ap=0 X1p21X2p22+p+fap=0ap=X1p1+X2p(2+1)+ ap0=02、1、ap0、ij、1p可參照半襯砌式求出代入求得內(nèi)自動(dòng)外載引起的襯砌上部，中間截面處的內(nèi)力：X1p、Xp求得自動(dòng)外載作用下任一截面的內(nèi)力為：MipX1p+ X2p*y+ Mip0NipXpcos1+ Nip0 求得動(dòng)搖外載作用下任一截面的內(nèi)力為： 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 彈性地基上直梁的計(jì)算公式：為直墻計(jì)算打彈性地基上直梁的計(jì)算公式：為直墻計(jì)算打 根底根底 假設(shè)：假設(shè)： 、地基為各向同性的彈性體，梁底面與地基間不、地基為各向同性的彈性體，梁底面與地基間不存在間隙；存在間隙； 、梁與地基之間的摩擦力梁的分量對(duì)直梁內(nèi)力的、梁與地基之間的摩擦力梁的分量對(duì)直梁內(nèi)力的影響很小，可以忽略，故地基反力與梁垂直；影響很小，可以忽略，故地基反力與梁垂直； 、直梁厚度與長(zhǎng)度之比較小，符合平面假定、直梁厚度與長(zhǎng)度之比較小

8、，符合平面假定進(jìn)展位移和內(nèi)力計(jì)算。可用材力公式進(jìn)展位移和內(nèi)力計(jì)算?？捎貌牧?、地基反力遵照溫克爾假定，即：、地基反力遵照溫克爾假定，即：P=ky 計(jì)算圖式：建立單位體平衡方程：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 由資料力學(xué)公式：dy/dx M=-EJ(dQ/dx) dH/dx=-EJ(d4/d4x)=p-q(x) 令(k/4EJ)1/4 為彈性特征值 得(d4/d4x)+ 44y=44/kq(x) 對(duì)應(yīng)的齊次方程的通解為： y=c1chx*cosx+c2c

9、hx*sinx+c3chx*xosx+ c4chx*sinx+ 其中c1c4是取決于梁的邊境條件和始條件的積分常數(shù) 假設(shè)令x=0處的位移，轉(zhuǎn)角，彎矩，剪力分別為Uc、Qc、Mc、Hc且令1chx*cosx 2chx*sinx+chx*xosx 3chx*sinx 4chx*sinx-chx*xosx、可以從教材附錄II表求得：那么通解為：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直墻

10、式襯砌計(jì)算：直墻式襯砌計(jì)算：1.概念及適用條件：由拱和直墻及底版組成。適用概念及適用條件：由拱和直墻及底版組成。適用于各類圍巖，廣泛用于各種隧道。于各類圍巖，廣泛用于各種隧道。2.計(jì)算模型計(jì)算模型假設(shè)：、拱圈內(nèi)力按未襯砌計(jì)算。直墻內(nèi)力按假設(shè)：、拱圈內(nèi)力按未襯砌計(jì)算。直墻內(nèi)力按性地基上的直梁計(jì)算。性地基上的直梁計(jì)算。、忽略的性抗力引起的襯砌與圍巖之、忽略的性抗力引起的襯砌與圍巖之間摩擦力。間摩擦力。、拱腳與墻頂截面沒有相對(duì)位移，它們程、拱腳與墻頂截面沒有相對(duì)位移，它們程度位移，垂直位移和角位移一致。度位移，垂直位移和角位移一致。、拱圈部分產(chǎn)生的彈性抗力按拋物線分布，、拱圈部分產(chǎn)生的彈性抗力按拋物線分布，上零點(diǎn)上零點(diǎn)b450,最大抗力最大抗力h發(fā)生在拱腳即墻頂處，發(fā)生在拱腳即墻頂處，bc間任一點(diǎn)的間任一點(diǎn)的i=(cos2b-cos2p)/ (cos2b-cos2h)*h 計(jì)算圖示： h+b+3.將拱圈按半襯砌和曲墻的疊加計(jì)算。4.將直墻分三種情況： 、1h2.75 、2.75=h 、h=K規(guī)規(guī) 見教材見教材P131表表表表 即即N=(Ra*b*d)/ K規(guī)規(guī) N=(Ra*b*d)/ K規(guī)規(guī) 當(dāng)當(dāng)e0M/N=0.2d