地下建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法二

地下建筑結(jié)構(gòu)地下建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法

本講內(nèi)容一、計(jì)算方法的發(fā)展現(xiàn)狀二、收斂限制法三、荷載結(jié)構(gòu)法四、地層結(jié)構(gòu)法一.計(jì)算方法的發(fā)展和現(xiàn)狀19世紀(jì)初才逐漸形成計(jì)算理論，最先剛性結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論，如壓力線理論等。19世紀(jì)后期，混凝土和鋼筋混凝土材料陸續(xù)出現(xiàn)，地下建筑結(jié)構(gòu)具有較好的整體性。按彈性連續(xù)拱形框架計(jì)算內(nèi)力。

(3)地下建筑結(jié)構(gòu)受主動荷載作用同時(shí)，又受到地層的彈性抗力。地下建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算理論便有了與地面結(jié)構(gòu)不同的特點(diǎn)。建立了典型的假定抗力方法、彈性地基梁的力法（1956）、角變位移法及不均衡力矩與側(cè)力傳播法等

解超靜定結(jié)構(gòu)一.計(jì)算方法的發(fā)展和現(xiàn)狀（4）20世紀(jì)以來，按連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論的解析解，（5）數(shù)值計(jì)算法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣應(yīng)用和巖土介質(zhì)本構(gòu)關(guān)系研究的進(jìn)展，地下結(jié)構(gòu)的數(shù)值計(jì)算方法有了很大的發(fā)展，并已編制了多種功能齊全的程序軟件。

（6）70年代起，隨著隧道施工力學(xué)研究的發(fā)展，采用新奧法設(shè)計(jì)結(jié)合施工監(jiān)測，量測反饋設(shè)計(jì)（7）反饋設(shè)計(jì)方法，以優(yōu)化工程設(shè)計(jì)和確保工程施工的安全性。值得指出的是，在地下建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算理論研究的發(fā)展過程中，后期提出的計(jì)算方法一般并不否定前期的研究成果。鑒于巖土介質(zhì)性質(zhì)的復(fù)雜多變性，這些計(jì)算方法一般都有各自的適用場合，但都帶有一定的局限性。

一.計(jì)算方法的發(fā)展和現(xiàn)狀國際隧協(xié)認(rèn)為可將其歸納為以下四種模型：(一)以參照已往隧道工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工程類比為主的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法；(二)以現(xiàn)場量測和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)為主的實(shí)用設(shè)計(jì)方法，例如以洞周位移量測值為根據(jù)的收斂—限制法；(三)作用—反作用模型，例如對彈性地基圓環(huán)和彈性地基框架建立的計(jì)算法等；(四)連續(xù)介質(zhì)模型，包括解析法和數(shù)值法，解析法中有封閉解，也有近似解，數(shù)值計(jì)算法目前主要是有限單元法。

一.計(jì)算方法的發(fā)展和現(xiàn)狀一.計(jì)算方法的發(fā)展和現(xiàn)狀我國采用的設(shè)計(jì)方法似可分屬以下四種設(shè)計(jì)模型：(一)荷載結(jié)構(gòu)模型荷載結(jié)構(gòu)模型采用荷載結(jié)構(gòu)法計(jì)算襯砌內(nèi)力，并據(jù)以進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)。其中襯砌結(jié)構(gòu)承受的荷載主要是開挖洞室后由松動巖土的自重產(chǎn)生的地層壓力。這一方法與設(shè)計(jì)地面結(jié)構(gòu)時(shí)習(xí)慣采用的方法基本一致，區(qū)別是計(jì)算襯砌內(nèi)力時(shí)需考慮周圍地層介質(zhì)對結(jié)構(gòu)變形的約束作用。

(二)地層結(jié)構(gòu)模型地層結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算理論即為地層結(jié)構(gòu)法。其原理，是將襯砌和地層視為整體，在滿足變形協(xié)調(diào)條件的前提下分別計(jì)算襯砌與地層的內(nèi)力，并據(jù)以驗(yàn)算地層的穩(wěn)定性和進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì)。(三)經(jīng)驗(yàn)類比模型

由于地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)受到多種復(fù)雜因素的影響，使內(nèi)力分析即使采用了比較嚴(yán)密的理論，計(jì)算結(jié)果的合理性也常仍需借助經(jīng)驗(yàn)類比予以判斷和完善，因此，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法往往占據(jù)一定的位置。經(jīng)驗(yàn)類比模型則是完全依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模型。

(四)收斂限制模型收斂限制模型的計(jì)算理論也是地層結(jié)構(gòu)法，其設(shè)計(jì)方法則常稱為收斂限制法，或稱特征線法。二、收斂展限制卷法圖4仔-1厭為收村斂限酬制法訴原理敢的示脈意圖脅。圖兇中縱誕坐標(biāo)容表示乘結(jié)構(gòu)撞承受唉的地秒層壓原力，搶橫坐信標(biāo)表恢示洞稼周的兇徑向郊位移堪。其稠值一嫩般都孩以拱訊頂為虧準(zhǔn)測忍讀計(jì)第算，借曲線衫①為疼地層屢收斂擊線，梳曲線騰②為撒支護(hù)聾特征材線。巡壽兩條旋曲線航的交懶點(diǎn)的腿縱坐礙標(biāo)（Pe）即為果作用謙在支筐護(hù)結(jié)璃構(gòu)上寧的最堪終地偶層壓塘力，艘橫坐險(xiǎn)標(biāo)（ue）則為恥襯砌垃變形捷的最碼終位耍移?；谝蚨磫适议_邪挖后破一般區(qū)需隔寫開一炎段時(shí)慨間后草才施邀筑襯勺砌，案圖4鬧-3才中以u0值表瓜示洞回周地翁層在惱襯砌殺修筑深前已糊經(jīng)發(fā)遮生的途初始亦自由差變形拉值。三、荷載便結(jié)構(gòu)瓜法荷載鼓結(jié)構(gòu)診法認(rèn)塘為地遺層對爆結(jié)構(gòu)啄的作字用只紀(jì)是產(chǎn)探生作育用在慰地下凱建筑誰結(jié)構(gòu)耕上的背荷載沉（包影括主騙動地餡層壓是力和型被動曬地層光抗力臺），女襯砌蜂在荷屈載的塵作用憂下產(chǎn)獻(xiàn)生內(nèi)賽力和蒙變形剝，由戰(zhàn)此建疫立的規(guī)計(jì)算泥方法漏稱為信荷載肺結(jié)構(gòu)輩法。奶早年蔬常用驢的彈掏性連咐續(xù)框徒架（憶含拱雜形構(gòu)先件）吉法、擦假定靠抗力傍法和品彈性每地基遷梁（剪含曲植梁）糾法等弟都可氏歸屬蔽于荷魯載結(jié)柳構(gòu)法永。其萄中假戲定抗介力法朱和彈遣性地子基梁虜法都頃形成球了一招些經(jīng)烤典計(jì)普算法組，而悄類屬私彈性稈地基額梁法成的計(jì)獸算法踢又可滔按采騙用的穗地層身變形華理論祥的不優(yōu)同分念為局市部變淋形理陣論計(jì)芒算法搏和共熱同變袖形理屈論計(jì)及算法叉。其飯中局漢部變皺形理稱論因貞計(jì)算遷過程鈴較為垃簡單驢而常耳用。三、挖荷載內(nèi)結(jié)構(gòu)是法設(shè)計(jì)膏原理荷載找結(jié)構(gòu)別法的竿設(shè)計(jì)卵原理齡，是麥認(rèn)為饑隧道鴿開挖庫后地漂層的便作用秩主要炒是對竹襯砌前結(jié)構(gòu)帥產(chǎn)生史荷載脹，襯為砌結(jié)厲構(gòu)應(yīng)斃能安意全可日靠地覆承受塘地層辰壓力變等荷童載的莖作用廈。計(jì)校算時(shí)育先按炸地層響分類溉法或事由實(shí)螞用公血式確定壇地層融壓力，然圾后按贊彈性婆地基必上結(jié)眉構(gòu)物過的計(jì)謙算方霸法計(jì)貍算襯礦砌的飽內(nèi)力暗，并碑進(jìn)行談結(jié)構(gòu)睬截面漲設(shè)計(jì)。三、廁荷載阿結(jié)構(gòu)穗法1、淺鋼埋式滅矩形賊框架帳結(jié)構(gòu)典型甚結(jié)構(gòu)次：計(jì)算術(shù)圖式內(nèi)力箱分析通常篩的計(jì)灰算方網(wǎng)法―彎矩噴分配奮法（盾假定跪節(jié)點(diǎn)姐無線排位移誦）矩陣梅位移恰法2半襯總砌結(jié)軋構(gòu)內(nèi)力伙分析(力法)對稱勵問題淋解其中鞭，拱蜓角處慮的u0、β0與拱錯(cuò)角處孩的內(nèi)筒力(M，N)以及鍬彈性竹支座神的剛蘆度有賤關(guān)。其中燃：β1、u1——分別捎為單求位彎撲矩作豬用于蕉拱腳性彈性隱支座蛋引起積的轉(zhuǎn)呀角和捷水平申位移殃；β2、u2——分別枯為單扔位水船平力徑作用儲于拱挎腳彈潛性支揉座引溫起的背轉(zhuǎn)角犬和水崇平位竹移；βp、up——分別堅(jiān)為外均荷載茶作用漿于拱穩(wěn)腳引填起的喘拱腳何轉(zhuǎn)角馳和水冤平位蝴移。βp、up——外荷械載作呀用下吊，基遞本結(jié)分構(gòu)拱瞇腳截忘面的川轉(zhuǎn)角隨及水夜平位癥移；β1、u1——拱腳拔截面超處作鉤用有籌單位忌彎矩MA=1時(shí)，腥該截跡面的什轉(zhuǎn)角潑和水武平位遵移；β2、u2——拱腳慈截面看處作昂用有微單位半水平扭推力HA=1時(shí)，坦該截孤面的鋤轉(zhuǎn)角神及水鴉平位程移。由位退移互育等定貴理知β2=u1；f——拱軸魚線矢釘高。式中X1β1——由拱蜻頂截金面彎艘矩X1所引踢起的顏拱腳駱截面跪轉(zhuǎn)角短；X2(β2+fβ1)—治—由拱緒頂截冒面水令平推隊(duì)力X2所引駁起的唉拱腳稿截面謊轉(zhuǎn)角罰；X1u1——由拱湊頂截?fù)]面彎從矩X1所引叉起的拍拱腳隊(duì)截面肯水平煙位移頃；X2(u2+f權(quán)u1)—供—由拱采頂截耽面水剝平推冊力X2所引破起的槍拱腳框截面奧水平厭位移磚；簡化短后可戚得(4既-3送)，(4裹-4框)(4殼-3她)(4劑-4雪)式中公式(4錘-4仰)中的磁系數(shù)αik(i、k=1、2)的物杏理意塵義是也，基吧本結(jié)月構(gòu)取鹽為彈聯(lián)性固飽定懸老臂曲匠梁時(shí)甚的單蝦位變釣位；αi0(i=1、2)為載恥變位應(yīng)。由活此，朵不難侄理解忽，如等果令鋤式中缺的β1~βp、u1~up為零宮，則頭所得青的結(jié)手果，廊即為脆剛性慕固定鄉(xiāng)豐時(shí)的侮單位母變位拍?？勺右姡趧傂糟暪潭ㄗ銦o鉸踩拱，躁僅是堡彈性甚固定綢無鉸霞拱的授一種覽特例琴。3、直訪墻拱扒襯砌倉結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)論形狀現(xiàn)和荷蜻載直墻烏拱計(jì)床算簡洽圖內(nèi)力邁分析梨的思你路：將結(jié)罵構(gòu)從街墻頂佳處切粘成上并下兩放部分衛(wèi)，上據(jù)部為洋拱，顛下部靠為墻喚。上嚷部拱短圈類撥同于果半襯按砌結(jié)餃構(gòu)，蔽為拱寄腳彈瞞性支索承的厘二次齊超靜饑定結(jié)低構(gòu)。仗未知從數(shù)X1、X2；下呢部直堤墻結(jié)免構(gòu)為香墻頂乖作用偉彎矩狂Ｍn、水止平力Hn和豎母向力Vn的彈要性地錘基梁燙。在外拱腳(和墻呼頂)處要巖滿足附力的讀平衡伸和變哄形協(xié)肯調(diào)。類似填于半務(wù)襯砌拍計(jì)算租，拱絡(luò)圈力宣法方復(fù)程：(6振-7輔)式中歐各系粉數(shù)物璃理意銳義同盛前面祥的半掙襯砌活結(jié)構(gòu)鞏，但拜注意麗：拱腳跳的彈刷性固仙定系摧數(shù)取炊決于涼邊墻肌頂端踩變位已，即某角變嶄位β1、β2、βp及水景平位棚移u1、u2、up應(yīng)由死邊墻喜算得踐?？紤]喚拱圈隆兩側(cè)距彈性痛抗力夾，載撓變位Δip中還醒應(yīng)加降上彈欠性抗眠力產(chǎn)拌生的直載變幸位Δiσ，βp和up也要儲加上環(huán)彈性科抗力究產(chǎn)生捎的變嫩位。(6笑-8稿)邊墻怨分析變成甩“已折知”爭墻頂航內(nèi)力落，求固解彈匠性地住基梁針的各果截面約的內(nèi)虜力和糞位移(包括格轉(zhuǎn)角)的問晉題求蹦解，倘利用給邊界畜條件界最后停推導(dǎo)丘得(6他-2坊4)(6油-2埋5)(6偉-2酷6)直墻氧拱結(jié)找構(gòu)的勇典型棄內(nèi)力奇圖角變狐位移憐法求冒直墻預(yù)拱內(nèi)繳力是經(jīng)孤典位逮移法姥的推鉛廣四個(gè)(位移)未知黑數(shù)θB、ΔB、θC、ΔC轉(zhuǎn)角囑位移碰方程乓：(7無-1叢)SBC——拱腳B處產(chǎn)籮生單億位轉(zhuǎn)脆角引追起拱搖腳B處的企彎矩尊；SBC*CBC——拱腳B處產(chǎn)綠生單蝴位轉(zhuǎn)騎角在越拱腳C處產(chǎn)腎生的唇彎矩靜，其中失，CBC為傳杠遞系哥數(shù)；TBC——拱腳B和拱敢腳C產(chǎn)生蜻相對晶單位脊水平搭位移預(yù)引起惹在拱今腳B處的乳彎矩寫；T*BC——充(由第淹二個(gè)既公式廣可知)拱腳B產(chǎn)生棍單位牽轉(zhuǎn)角鐵引起串拱腳B的水爺平推拳力，栽由結(jié)睜構(gòu)力菊學(xué)“猾反力慈互等歇”定選律可團(tuán)知T*BC=TBC；JBC——由拱扁腳B和拱琴腳C產(chǎn)生溫相對坊單位公水平疲位移支引起痕在拱您腳B處的佩水平畫推力年。其他諸各項(xiàng)齡以此揪類推覽。(7幟-6漆)對稱單跨先襯砌頭的公工式簡碎化式(7次-6桌)只有脈兩個(gè)暖未知顯數(shù)θB、ΔB由結(jié)頃點(diǎn)平附衡：可求輩解得否未知參數(shù)θB、ΔB公式表中對攔稱變鈴形的錢形常委數(shù)和寨載常遭數(shù)：S’BC、T’BC、J’BC、MFBC、HFBC均可想查表貪求得銀。三、安荷載顏結(jié)構(gòu)佛法－矩陣宿位移溜法采用流電算佩程序鈴，劃光分單帶元，土分段寸線性居，用報(bào)折線箭代替窯圓拱猜。三、幕荷載場結(jié)構(gòu)威法－矩陣紛位移層法三、濾荷載草結(jié)構(gòu)諷法－矩陣璃位移錦法三、冊荷載革結(jié)構(gòu)傍法－矩陣害位移進(jìn)法三、散荷載損結(jié)構(gòu)燃法－矩陣駁位移餐法墻底拖（拱取腳）刃彈性遣支座米處理姑：抗彎傍剛度度：抗沉在陷剛選度式中錄：四、地層側(cè)結(jié)構(gòu)童法什么肥是地勁層結(jié)破構(gòu)法更：將地服下結(jié)揮構(gòu)與頂?shù)貙觿∽鳛殂曇粋€(gè)原受力禽變形回的整討體，廈按照狡連續(xù)帽介質(zhì)震力學(xué)凈原理膝來計(jì)出算地倒下建玩筑結(jié)飽構(gòu)以裳及周怒圍地鑄層的待變形火；地層鄰不單糊單是滿荷載店，也遷是承食力結(jié)損構(gòu)的危一部志分相對風(fēng)荷載衡結(jié)構(gòu)麻法，爛充分姻考慮百了地標(biāo)下結(jié)輸構(gòu)與瞧周圍替地層者的相秩互作耽用。結(jié)合迅具體卸的施身工過寄程可陡以充加分模閃擬地桑下結(jié)錘構(gòu)以昂及周室圍地騰層在宮每一鋒個(gè)施扔工工窗況。地層尖結(jié)構(gòu)永法包親括如惠下內(nèi)夠容：浴地層珠的合財(cái)理化聽模擬獵、結(jié)子構(gòu)模忽擬、抵施工啟過程戒模擬留、結(jié)勸構(gòu)與街周圍秘地層比的相屋互作葵用、廈地層鴉與結(jié)亞構(gòu)相歡互作坑用的呈模擬陵。地層躍結(jié)構(gòu)馳法分茂析通君常采瓶用有借限差直分、餅有限嗚單元灰等連孟續(xù)介破質(zhì)數(shù)閃值分港析方設(shè)法四、地層縣結(jié)構(gòu)指法－祥有限集元方餓法在地械下結(jié)各構(gòu)計(jì)和算中嫂，通某常采啟用荷顧載結(jié)贈構(gòu)或療地層隊(duì)結(jié)構(gòu)很模式家來考集慮巖孫土體激與結(jié)