直墙拱结构的设计计算步骤及实例

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1、成　绩评阅人日期中国矿业大学力学与建筑工程学院《地下建筑结构》课程设计学　　号班　　级姓　　名《地下建筑结构》课程设计任务书《地下建筑结构》课程设计是教学计划要求中的一个重要教学环节,是在通过学习地下建筑结构相关知识、相关理论的基础上，结合地下工程专业方向的具体特点而进行的一次教学实践活动。通过课程设计，结合相关的设计要求，掌握地下建筑结构设计中的部分设计内容，使学生所学到的基础理论和专业技术知识系统、巩固、延伸和拓展，培养学生自身独立思考和解决工程实际问题的能力，学会使用各种相关的工具书及查找资料。完成地下建筑结构设计书一份，内容包括设计计算书、内力图和设计截面图。一、设计题目某整

2、体式直墙拱形衬砌的计算。二、设计资料某隧道埋深85m，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，Rc=57.4MPa，容重γ0=25kN/m3，弹性抗力系数kPa。采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C30。顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。墙净高按3.5米算。初步拟定拱顶厚度mm，拱脚厚度mm，边墙的厚度为mm，墙底厚度增加mm。试进行衬砌内力计算与截面校核。若截面校核不通过，请重新设计衬砌厚度并进行计算与校核。变量x和y根据个人学号确定，具体方法为：设学号后三位为abc，则，。例如：abc=123，则，。三、课程设计要求本课程设计目的在于培养学生独

3、立阅读资料、掌握技术信息、分析问题和解决问题的能力。每个同学必须认真设计、独立完成，主要内容包括：1、结合设计资料，编写设计计算书；2、根据计算结果绘制直墙拱的内力图和设计截面图。衬砌结构示意图整体式直墙拱形衬砌的计算某隧道埋深85m，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，Rc=57.4MPa，容重γ0=25kN/m3，弹性抗力系数kPa。采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C30。顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。墙净高按3.5米算。初步拟定拱顶厚度do=0.254m，拱脚厚度dn=0.307m，边墙的厚度为dc=0.507m，墙底厚度增加mm。

4、试进行衬砌内力计算与截面校核。若截面校核不通过，请重新设计衬砌厚度并进行计算与校核。(一)结构几何尺寸计算（1）拱圈内圆几何尺寸内圆净跨：l0＝11.3m，内圆矢高f0＝3.7m内圆半径计算：，从而有：(2)拱圈轴线圆的几何尺寸拱脚截面与拱顶截面厚度之差：轴线圆与内圆的圆心距：轴线圆半径：计算跨度：计算矢高：（3）拱圈外圆几何尺寸外圆跨度：外圆矢高：外圆半径：外圆与轴线圆的圆心距：（4）校核公式外圆与轴线的圆心距：（5）侧墙的几何尺寸拱脚中心到侧墙中心线的垂直距离：侧墙的计算长度（从拱脚中心算起）：结构总高：（二）计算拱顶单位变位采用分块总和法计算变位，将半拱轴线长分10等分，计算过

5、程列于表1，故拱顶单位变位：校核计算：判别：说明单位变位计算结果正确。表1变截面圆拱拱顶单位变位计算（见附图）（三）计算拱顶载变位1计算荷载（1）岩石坚固系数，隧道半跨度：（考虑到有一定的间隙）隧道埋深H=85m>(2-2.5)h1，属于深埋因此围岩竖直压力：（采用均布荷载模式）（2）自重计算因此：在实际设计中，外载还应包括超挖回填引起的拱顶荷载，一般取30cm回填高度，可忽略不计。2计算载变位先分别计算在均布荷载和三角形荷载作用下的载变位，然后叠加，计算过程列于表2。表2变截面圆拱拱顶载变位计算(见附图)在均布荷载q作用下的载变位：在三角荷载作用下的载变位：拱顶总载变位：校核计算：

6、，可见计算正确。,满足要求！（四）在荷载作用下多余未知力的计算1判别侧墙类型侧墙特征长度：<2.75，故侧墙属于短梁2计算墙顶单位变位。根据查表得：3由外载引起的墙顶弯矩与水平力4计算多余未知力（五）弹性抗力作用下多余未知力的计算1计算时引起的墙顶截面内力及变位通过积分可得到：因此墙顶内力（要考虑偏心距）：墙顶变位：2计算时的拱顶载变位采用分块总和法计算，将弹性抗力所分布拱轴线长对应圆心角四等分3计算时的多余未知力4计算弹性抗力根据及从而可求得5.在弹性抗力作用下多余未知力计算（六）计算弹性抗力及外载共同作用下的多余未知力（七）计算拱圈内力1.拱圈任一截面的内力各截面的内力计算见表3

7、（八）计算边墙内力因对称，故仅计算左边墙。边墙属于短梁，按短梁相应公式计算。墙顶的力矩Mo及水平力Qo上式中最后两项是由于拱脚轴线与边墙轴线偏心距0.0266m所引起的弯矩。墙顶的竖向力为：墙顶的角变与水平位移为将边墙分为五等段,每段的自重为:将坐标原点取在墙顶,求11到16各截面的弯矩，轴力和弹性抗力。将以上各相应的数值代入下列计算式中函数可根据相应公式算出，计算结果见表四。