隧道工程(第六讲隧道支护结构设计ppt课件.ppt

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1、southwestjIaotongunIversIty《隧道工程》课程第六讲隧道支护结构设计（2）1内容提要1结构力学设计方法2其他设计方法3常用计算软件介绍隧道支护结构设计2一结构力学设计方法3隧道支护结构设计一、隧道工程的受力特点（1）荷载的模糊性（2）围岩物理力学参数难以准确获得（3）围岩压力承载体系不确定◆围岩不仅是荷载，同时又是承载体； ◆地层压力由围岩和支护结构共同承受； ◆充分发挥围岩自身承载力的重要性。（4）设计受施工方法和施作时机的影响很大（5）与地面结构受力的不同—围岩抗力的存在4隧道支护结构设计二、隧道结

2、构体系计算模型1.结构力学模型特点：◆以支护结构作为承载主体；◆围岩对支护结构的作用间接地体现为两点：①围岩压力；②围岩弹性抗力。◆采用结构力学方法计算。适用于：模筑砼衬砌5隧道支护结构设计二、隧道结构体系计算模型2.岩体力学模型特点：◆支护结构与围岩视为一体，共同承受荷载，且以围岩作为承载主体；◆支护结构约束围岩的变形；◆采用岩体力学方法计算；◆围岩体现为形变压力。适用于：锚喷支护6隧道支护结构设计三、结构力学方法计算原理它将支护结构和围岩分开来考虑:（1）支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承（2）隧道支护

3、与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来体现的（3）围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑7结构力学设计方法主动荷载模型假定弹性反力模型计算弹性反力模型常用计算模型8结构力学设计方法主动荷载模型适用于围岩与支护结构“刚度比”较小，或饱和含水或用于初步设计9结构力学设计方法主动荷载模型假定弹性反力模型计算弹性反力模型常用计算模型10结构力学设计方法假定弹性反力模型几乎能适用于所有围岩类型，只不过抗力的大小和范围不同而已11结构力学设计方法主动荷载模型假定弹性反力模型计算弹性反力模型常用计算模型12结

4、构力学设计方法计算弹性反力模型如弹性地基上的闭合框架、弹性支承法等13结构力学设计方法1矩形框架结构（地铁车站）在《地下铁道》中讲述2装配式衬砌（地铁区间）在《水下隧道》中讲述3拱形结构（山岭隧道）本节重点讲述!与结构形式相适应的计算方法14结构力学设计方法—拱形结构与结构形式相适应的计算方法半拱结构：不考虑弹性反力曲墙式衬砌：假定弹性反力直墙式衬砌：假定弹性反力+弹性地基梁15结构力学设计方法计算模型：①荷载-结构模型②只有竖向荷载的作用，无侧向荷载的作用半拱形结构计算适用条件：①地质条件好，不需修边墙的山岭隧道；②大型落地拱结

5、构,如飞机库；半拱形结构的适用条件及计算模型16结构力学设计方法用结构轴线代替原衬砌的横断面,纵向长度取1m；拱脚弹性固定在围岩上，相当于弹性固定的无铰拱;因拱脚截面的剪力很小，而与围岩间摩擦较大，故径向位移为0，用径向刚性连杆表示;半拱形结构计算计算图式、基本结构及典型方程的建立17结构力学设计方法半拱形结构计算由于半拱圈的拱矢和跨度的比值不大，在竖向荷载的作用下，结构为自由变形，无弹性抗力(脱离区);因此，半拱形结构为拱脚弹性固定的无铰拱（考虑底部地基变形），为三次超静定结构。计算图式、基本结构及典型方程的建立18结构力学设计

6、方法半拱形结构计算典型方程的建立正对称的结构，作用有正对称的荷载，利用对称性，从拱顶切开，取基本结构如右图19结构力学设计方法半拱形结构计算计算关键：拱顶单位位移和荷载位移的计算；拱脚位移的计算。20结构力学设计方法1）拱顶单位位移和荷载位移的计算：根据结构力学中位移计算方法，可求的某一点在单位力作用下，沿k方向的位移（忽略剪力作用）为：21结构力学设计方法1）拱顶单位位移和荷载位移的计算：将X1（弯矩），X2（轴力），X3（剪力，取零）以及外荷载作用下结构各截面内力代入可得：22结构力学设计方法1）拱顶单位位移和荷载位移的计算：

7、单位位移和荷载位移的计算分两种情况：（1）当半拱为一段规则圆弧时，可直接积分计算；（2）当半拱为多段圆弧时，将圆弧衬砌分块，采用辛普生求和公式；23结构力学设计方法典型方程半拱形结构计算24结构力学设计方法2）拱脚位移的计算：基本思路：求出拱脚支承面在单位力（力矩、竖直力、水平力）作用下位移（转角、水平位移）；求出赘余力及外荷载作用下的拱脚反力；由拱脚反力与各单位力位移计算拱脚位移25结构力学设计方法2）拱脚位移的计算：26结构力学设计方法2）拱脚位移的计算：27结构力学设计方法2）拱脚位移的计算：28结构力学设计方法2）拱脚位移

8、的计算：29结构力学设计方法2）拱脚位移的计算：（b）拱脚支承反力的计算30结构力学设计方法31结构力学设计方法2）拱脚位移的计算：（c）拱脚位移计算32结构力学设计方法3）衬砌截面内力的计算：33结构力学设计方法3）衬砌截面内力的计算：34结构力