隧道结构设计与计算

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1、隧道结构设计与计算计算说明：本例子来自网上一个隧道算例，本人节选了其中衬砌结构的计算部分，发现例子有许多错误，并改正过来。随后又用有限元软件ansys采用荷载结构法进行了模拟，数据和手算结果有一定误差，分析可能是软件假设的约束条件与手算模型不同，而且题目给出的隧道断面尺寸不清楚，隧道尺寸与手算的有差异。一．手算部分：本隧道设计为川藏公路二郎山隧道出口段隧道断面设计，隧道围岩等级为Ⅳ级，根据《公路隧道设计规范》表A.0.4-1取值得：围岩重度，围岩的弹性抗力系数，。衬砌材料采用钢筋混凝土，根据《公路隧道设计规范》表5.2.1，表5.2.2，表5.2.4取值得：重度，弹性模量，轴线抗压强度

2、标准值，轴心抗拉强度标准值。内轮廓半径，内径所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角外轮廓半径，拱轴线半径，拱轴线各段圆弧中心角：，设计步骤：一．荷载的确定1）围岩竖向均布压力：式中:s---围岩类别,此处s=4;γ---围岩容重,此处γ=21KN/m3ω---跨度影响系数,ω=1+i(lm-5),毛洞跨度Lm=10.60+2×0.05=10.70m，其中0.05m为一侧平均超挖量.Lm=5～15m时,i=0.1,此处ω=1+0.1×(10.70-5)=1.570。所以，有q=0.45×24-1×21×1.570＝118.6920kpa此处超挖回填层重忽略不计。2）围岩水平均布压力：e＝0.

3、25q＝0.25×118.6920＝29.6730kpa二．半拱轴线长度S及分段轴心线长△S计算半拱轴线长度S级分块轴线长度△S。（单位m）分为8段：分段长度：m三．各分块接缝（截面）中心几何要素1.与竖直夹角校核：角度闭合差，因墙底面水平，计算衬砌内力时用2.接缝中心点坐标计算表2-3各截面中心几何要素截面α（º）sinαcosαxy000100115.02620.25930.96581.30930.1727230.05230.50080.86562.52900.6789345.07850.70810.70613.57581.4840460.10460.86690.49844.378

4、02.5330575.13080.96650.25664.88093.7541690.15691.0000-0.00275.04995.06387105.18310.9651-0.26194.87376.3726890104.21327.4271半轴计算图如图2-5衬砌结构计算图示四．计算位移1．.单位位移用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2。表2-4单位位移计算表截面I1/Iy/Iy2/I（y+1）2/I00.0104296.00000.00000.000096.000010.0104296.000016.57682.8624132.015920.0104296

5、.000065.176544.2498270.602830.0104296.0000142.4648211.4189592.348540.0104296.0000243.1670615.93921198.273250.0104296.0000360.39401352.95672169.744860.0104296.0000486.12762461.66693529.922070.0104296.0000611.77113898.58165218.123780.0104296.0000713.00165295.53426817.5374∑—864.00002638.679313883.2

6、09720024.5682单位位移值计算如下：校核：闭合差△≈0计算结果正确。五．荷载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移A.每一楔块上的作用力竖向力：式中bi——衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由图2.5量得：水平压力：式中：hi——衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由图2-5量得：自重力：式中：di——接缝i的衬砌截面厚度。注：计算G8时，应使第8个楔块的面积乘γh。作用在各楔块上的力均列人表3，各集中力均通过相应图形的形心。表2-5单元集中作用力截面bi(m)hi(m)di(m)QEG0000.500000011.37410.18120.5000163.09475.3

7、76716.546521.27800.53130.5000151.688415.765316.546531.10070.84500.5000130.644325.073716.546540.84201.10090.500099.938732.667016.546550.52781.28160.500062.645638.028916.546560.17751.37460.500021.067840.788516.54657　1.37360.50