隧道内力计算课程设计曲墙式衬砌计算.doc

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1、3拱形曲墙式衬砌结构计算3.1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=0.45m图2衬砌结构断面（单位：cm）3.2荷载确定：3.2.1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+

2、i(B-5)计算，其中，B为隧道宽度，B=11.93+2×0.45+2×0.10=13.03m，式中0.10为一侧平均超挖量;B>5时，取i=0.1，ω=1+0.1*(13.03-5)=1.803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=0.45×16×20×1.803*0.4＝259.632*0.4=103.853.2.2计算衬砌自重g=1/2*(d0+dn)*γh=1/2×(0.45+0.45)×22=9.9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

3、%-60%的围岩压力，为安全储备这里取：72.701）全部垂直荷载q=72.70+g=82.602）围岩水平均布压力e=0.4×q=0.4×82.60=33.043.3衬砌几何要素3.3.1衬砌几何尺寸内轮廓线半径：r1=7.000m,r2=5.900m内径r1，r2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：α1=70.3432°，α2=108.7493°拱顶截面厚度d0=0.45m,拱底截面厚度dn=0.45m。3.3.1半拱轴线长度S及分段轴长△SS=12.363m将半拱轴长度等分为8段，则△S=S/8=12.363/8=1.5

4、45m△S/Eh=1.545/0.25×108=6.18×10-8m3.3.3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。3.4计算位移3.4.1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3-1。表表3-1单位位移计算表截面αsinαcosαxyd1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I积分系数1/300.0000.0001.0000.0000.0000.45131.6870.0000.000131.6871114.4720.2500.9681.53

5、10.1940.45131.68725.5474.956187.7384228.9430.4840.8752.9640.7650.45131.687100.74177.067410.2352343.4150.6870.724.2101.6760.45131.687220.708369.906943.0094457.8870.8470.5325.1882.8690.45131.687377.8111083.9391971.2482571.9160.9510.3105.8324.2520.45131.687559.9342380.

6、8403632.3964684.1940.9950.1016.1525.7640.45131.687759.0454375.1376024.9152796.4720.994-0.1136.1437.3090.45131.687962.5027034.9289091.61948108.7490.947-0.3215.8068.8170.45131.6871161.08610237.29912691.1591　　　　　　∑1053.4983570.34820157.36828351.563　注：1.I——截面惯性矩，I=bd3/1

7、2,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=6.18×10-8×1053.498=65.1062×10-6δ12=△S/Eh×∑y/I=6.18×10-8×3570.348=220.6475×10-6δ22=△S/Eh×∑y2/I=6.18×10-8×20157.368=1245.7253×10-6计算精度校核：δ11+2δ12+δ22=（65.1062+2*220.6475+1245.7253）×10-6=1752.1265×10-6δSS=△S/Eh×∑(1+y)2/I=6.18

8、×10-8×28351.563=1752.1266×10-6闭合差△=0.0001×10-6≈03.4.2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*biEi=e*hiGi=(di-1+di)/2