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≥50
Ⅵ
≥85
浅埋地段
≥30~50
≥60~80
浅埋隧道围岩压力的计算方法
隧道的埋深H大于hq而小于Hp时,垂直压力
。
表各级围岩的
值及
值
θ
(~)
60°
~70°
50°
~60°
40°
~50°
侧压力系数
作用在支护结构两侧的水平侧压力为:
e1=γhλ;
e2=γ(h+Ht)λ
侧压力视为均布压力时:
Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=×
24×
[1+×
(10-5)]=
Hp==27m,H<
Hq,故为浅埋。
取φ0=45°
,θ=φ0=27°
,h=20m,tanβ=,λ=,tanθ=,
计算简图:
垂直压力q=19×
20×
10)=m
Pg=πdγ=π×
×
25=m
地基反力P=m
e1=γhλ=19×
e2=γ(h+Ht)λ=19×
(20+×
水平均布松动压力e=(e1+e2)/2=m
Ⅴ级围岩二衬按承受50%围岩压力进行计算,则
垂直压力为q×
50%=m
地基反力为P×
水平压力为e×
2衬砌结构内力计算
表等效节点荷载
节点号
X
Y
Fx
FY
1
3
4
5
2
7
6
9
10
11
12
13
14
15
16
17
80.
18
19
20
21
22
23
8
25
24
27
28
29
26
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
表轴力、剪力、弯矩详细数据
轴力
弯矩
剪力
+05
-13456
-10995
-63891
21398
76686
-25207
+06
33983
-11168
32574
-29519
29638
-46347
25395
-60967
20073
-72813
13909
-81442
-86540
-87920
-85526
-14267
-79433
-20947
-69844
-26988
-57093
-32148
-41637
-36191
-24058
-38891
-40029
14553
18693
75321
22802
60859
-5736
10429
-10643
-15827
-18846
10731
-22629
24936
-25973
41366
-24944
57370
-12584
66092
20764
54844
45380
28879
57814
58966
-38409
50472
-67143
34594
-86237
14070
-92913
-86224
-28676
-67117
-44728
-38371
-53480
-52666
28940
-40644
54916
-16510
66173
16532
57316
28590
40997
29306
24050
25569
21159
17015
内力图分析
(1)轴力:
由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出轴力图如图,最大轴力出现在仰拱段,其值为。
轴力图
(2)弯矩:
由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出弯矩图如图,最大正弯矩出现在变截面段,其值为·
m,最大负弯矩出现在拱顶,其值为·
m。
弯矩图
(3)剪力:
由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出剪力图如图,最大剪力出
现在仰拱段,其值为。
剪力图
变形图
3.Ⅴ级围岩需要进行配筋计算
(1)截面设计
计算轴力:
KN=2×
626380=
计算弯矩:
KM=2×
92913=m
ξb=,
C25混凝土,轴心受压强度设计值为:
fcd=;
HRB335级钢筋,抗拉强度设计值为:
fsd=fsd'=300Mpa;
e=m/n=
长细比l0/h=,按短柱计算,偏心距增大系数η取1,
h0=h-as=400-50=350mm
①判别大小偏心受压
属于大偏心受压,
选取5φ20,As=1570
垂直弯矩作用平面内的受压承载力:
Nu=φ(fcdAs+fsd'As')
=+300x1572)
=>
N(=
满足要求
4.截面强度验算
按荷载-结构模型进行设计时,最后要作截面验算。
现行《铁路隧道设计规范》规定隧道结构计算分为“概率极限状态法设计”和“破损阶段法和容许应力法设计”两种形式。
对一般地区单线隧道整体式衬砌及洞门、单线隧道偏压衬砌及洞门、单线拱形明洞及洞门结构可采用概率极限状态法设计,也可以采用破损阶段法设计。
其他隧道结构则要求采用破损阶段法或容许应力法。
对混凝土矩形构件,当e>
时,由抗压强度控制承载能力,不必检算抗裂;
当e≤时,由抗拉强度控制承载能力,不必检算抗压。
隧道结构截面抗压强度按下式计算:
式中K-安全系数
N-轴向力(MN)
Ra-混凝土或砌体的抗压极限强度(MPa)
-轴心偏心影响系数
-构件纵向弯曲系数
b-结构的纵向计算宽度(取1m)
d-截面厚度
从抗裂要求出发,混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度按下式计算:
KN(6e-d)≤φR1bd2
式中R1-混凝土的抗拉极限强度
表混凝土和砌体结构的强度安全系数
圬工种类
混凝土
砌体
荷载组合
永久荷载+基本可变荷载
永久荷载+基本可变荷载+其他可变荷载
混凝土或砌体达到的抗压极限强度
混凝土达到抗拉极限强度
强度验算:
M/Nmax=2081400=
M/Nmin=92913/626380=
1,选取第①种情况:
e<
=进行抗压强度控制验算
KN≤φαRabd
α=(e/d)=
2081400=4162800N
φαRabd=1×
10^6×
1×
=6619880N
得KN≤φαRabd,满足要求
2,选第②种情况:
e>
进行抗拉强度控制验算
KN(6e-d)=3×
626380×
(6×
)=920402N
φR1bd2=×
10^6=498400N
得KN(6e-d)>
φR1bd2,不满足要求
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