曲墙式衬砌计算副本Word文件下载.docx
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2.图纸(A3图纸):
衬砌结构图(比例1:
100);
隧道开挖方案(比例1:
100)
时间安排:
隧道行车界限、结构界面尺寸拟定
1天
隧道围岩压力计算(竖向压力、水平压力)
0.5天
隧道结构力学计算(弯矩图和轴力图)
2.5天
施工方案设计
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
1设计目的
通过课程设计,使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算方法,熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺,掌握公路隧道施工设计的基本方法。
2设计计算书
隧道洞身设计
隧道建筑界限及内轮廓图的确定
行车道7.5m路缘带宽度0.5m(每侧)采用新奥法施工,衬砌厚度为0·
5m
余宽0.5m(每侧)检修道宽度0.75m内轮廓半径为
内径和所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角为
外轮廓线半径为
采用等截面拱圈衬砌。
设计行车速度100KM/h
3拱形曲墙式衬砌结构计算
基本资料:
公路等级山岭重丘高速公路
围岩级别Ⅴ级
围岩容重γS=20KN/m3
弹性抗力系数K=0.18×
106KN/m
变形模量E=1.5GPa
衬砌材料C25喷射混凝土
材料容重γh=22KN/m3
变形模量Eh=25GPa
二衬厚度d=0.50m
衬砌结构端断面图(单位:
mm)
荷载确定:
围岩竖向压力
根据《公路隧道设计规范》的有关计算公式及已知的围岩参数,代入公式
q=0.45×
2S-1×
γ×
ω
其中:
S——围岩的级别,取S=5;
γ——围岩容重,取γ=20KN/m3;
ω——宽度影响系数,由式ω=1+i(B-5)计算,
其中,B为隧道宽度,B=12.50+2×
0.5+2×
0.10=13.70m,式中0.10为一侧平均超挖量;
B>
5时,取i=0.1,ω=1+0.1*(13.70-5)=1.870
所以围岩竖向荷载(考虑一衬后围岩释放变形取折减系数0.4)
q=0.45×
16×
20×
1.870*0.4=107.71
计算衬砌自重
g=1/2×
(d0+dn)×
γh=1/2×
(0.5+0.5)×
22=11
根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验,并参考国内外有关资料,建议Ⅴ级围岩衬砌承受80%-60%的围岩压力,为安全储备这里取:
72.70
全部垂直荷载
q=72.70+11=83.70
围岩水平均布压力
e=0.4×
83.70=33.48
衬砌几何要素
衬砌几何尺寸
内轮廓线半径:
r1=7.0m,r2=5.5m
内径r1,r2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角:
α1=81.40°
,α2=112.45°
拱顶截面厚度d0=0.5m,拱底截面厚度dn=0.5m。
半拱轴线长度S及分段轴长△S
S=12.07m
将半拱轴长度等分为8段,则
△S=S/8=12.07/8=1.51m
△S/Eh=1.51/0.25×
108=6.03×
10-8m
各分块截面中心几何要素
各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可以由图3直接量得,具体数值见表2-1。
计算位移
单位位移:
用辛普生法近似计算,按计算列表进行,单位位移的计算见表。
单位位移计算表
截
面
α
sinα
cosα
x
y
d
1/I
y/I
y2/I
(1+y)2/I
积分系
数1/3
0.000
1.000
0.500
96.000
96.100
1
1
15.040
0.260
0.966
1.500
0.200
19.300
3.840
138.241
4
2
30.087
0.501
0.865
2.880
0.770
73.930
56.918
300.757
2
3
45.132
0.710
0.705
4.070
1.690
162.240
274.186
694.666
4
60.176
0.868
0.498
4.990
2.890
277.441
801.802
1451.683
5
75.200
0.967
0.255
5570
4.280
410.880
1758.566
2676.326
6
89.137
0.015
5.750
5.320
510.720
2717.030
3833.470
7
100.793
0.982
-0.187
5.630
6.790
651.840
4425.994
5826.674
8
112.450
0.924
-0.382
5.200
8.200
787.200
6455.040
8125.440
∑
766.000
2498.000
13152.304
18912.2987
注:
1.I——截面惯性矩,I=bd3/12,b取单位长度
2.不考虑轴力的影响。
单位位移值计算如下:
δ11=△S/Eh×
∑1/I=6.036×
10-8×
768=46.360×
10-6
δ12=△S/Eh×
∑y/I=6.036×
2495.99=150.660×
δ22=△S/Eh×
∑y2/I=6.18×
13152.90=793.910×
计算精度校核:
δ11+2δ12+δ22=(46.360+2*150.660+793.910)×
=1143.580×
δSS=△S/Eh×
∑(1+y)2/I=6.036×
18912.2987=1141.160×
闭合差△=0.0001×
10-6≈0
载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移
1)每一块上的作用力(竖向力Q、水平力E、自重力G),分别由下面各式求得,
Qi=q×
bi
Ei=e×
hi
Gi=(di-1+di)/2×
△S×
rh
bi——衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度
hi——衬砌外缘相邻两截面间的竖直投影长度
di——接缝i的衬砌截面厚度
均由图3直接量得,其值见表。
各集中力均通过相应图形的形心。
图3衬砌结构计算图示(单位:
cm)
载位移Mop计算表
截面
投影长度
集中力
S
-Qaq
-Gag
b
h
Q
G
E
aq
ag
ae
1.490
124.860
16.600
6.590
0.750
0.100
-93.130
-12.390
1.400
0.580
116.300
0.690
0.700
0.290
-80.810
-11.540
1.190
0.930
99.790
30.740
0.600
0.460
-59.490
-9.910
0.920
1.200
76.450
40.030
0.470
-34.910
-7.590
1.390
47.860
46.600
-13.680
-4.740
0.190
1.040
15.940
34.940
0.520
-1.520
-1.570
-0.130
1.470
-10.570
49.100
-0.060
0.730
-0.670
1.050
-0.420
1.410
-35.120
47.230
-0.220
-0.210
-7.370
3.490
-Gae
∑i-1(Q+G)
∑i-1E
Δx
Δy
-Δx∑i-1(Q+G)
-Δy∑i-1E
Moip
-0.650
-106.160
-5.580
141.460
0.570
-196.629
-3.756
-404.466
-14.100
274.370
25.890
-326.500
-23.819
-838.276
-23.940
390.760
56.620
-359.499
-67.944
-1334.148
-32.430
483.820
96.650
5.560
-275.772
-134.344
-17
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