14地下建筑结构复习整理Word文档格式.docx

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1）拱形结构：

1）贴壁式拱形结构：

衬砌结构与围岩之间的超挖部分进行回填

（1）半衬砌结构：

围岩岩层坚硬，整体性好、节理不发育——只做拱圈，不做边墙

（2）厚拱薄墙衬砌结构：

拱脚较厚，边墙较薄，充分利用围岩强度，边墙受力小

（3）直墙拱形衬砌结构：

拱圈、竖直边墙、底板组成。

超挖部分要进行回填，一般适用于洞室口部或有水平压力的围岩中

（4）曲墙拱形衬砌结构：

较大的竖向压力和水平力时候采用

2）离壁式拱形衬砌结构：

岩壁相离，其间不做回填，仅拱脚扩大处延伸与岩壁顶紧，防水、排水、防潮效果较好，稳定的、基本稳定的围岩中均可采用

2）喷锚支护：

可作临时也可作永久，喷射砼，钢筋网喷射砼，锚杆喷砼，锚杆钢筋网喷砼加固围岩

3）穹顶结构：

适用于无水平压力或侧壁围岩稳定的岩层

4）连拱衬砌结构

五）复合衬砌结构：

初期支护和二次支护组成，为满足防水在其间增设防水层

地下建筑结构程序设计：

安全适用（首要）、技术先进、经济合理

设计工作：

1）初步设计满足使用要求下，解决设计方案技术上的可行性和经济上的合理性，选择材料

2）技术设计解决承载力、刚度、稳定性、抗裂性问题

（一）计算荷载：

（二）计算简图：

（三）内力分析：

（四）内力组合：

（五）配筋设计（六）绘制结构施工详图（七）材料、工程数量和工程财务预算

地下建筑结构与地上的区别：

地下结构与岩土体共同作用，环境不同，荷载的不确定性（水、土压力、岩体压力、地下结构与围岩的共同作用），计算方法的不成熟，正常的设计思想：

理论计算导向、监测数据定量、经验总结判断

第2章地下建筑结构的荷载

种类：

1）静荷载：

长期作用在结构上的大小、方向和作用点不变的，如：

结构自重、岩土体压力、地下水压力

2）动荷载：

爆炸冲击波压力荷载、地震波作用

3）活荷载：

结构施工和试用期间可能出现的变动荷载，大小和位置可能改变

4）其他荷载：

砼收缩、温度应力、差异性沉降

最不利组合：

（1）静载

（2）静载与活载组合（3）静载与动载（原子爆炸动载）组合

安全系数：

施工条件较差，不易保证质量和荷载变异较大时，对砼和钢筋砼结构均需考虑采用附加安全系数1.1，静载下的抗裂安全系数不小于1.25

土压力计算:

作用在墙背的土压力有：

主动土压力<

静止土压力<

被动土压力

静止土压力：

墙体刚度很大，墙身不产生任何方向的位移或转动——弹性平衡状态

主动土压力：

刚性墙身受墙背后土作用绕墙背底部向外转动或移动，作用在墙背上的土压力从静止土压力逐渐减小，直到土体内出现滑动面，该最小土压力值为主动土压力——主动平衡极限状态，破坏面与水平面的夹角为45°

+φ/2；

被动土压力：

墙身受外力作用挤压墙背后的填土，土压力从静止逐渐增大，直到土内出现滑动面；

滑动楔形体将沿着某一滑动面向上向后推出，发生破坏，这一瞬间作用在墙背的土压力达到最大值——被动极限平衡状态；

破坏面与水平面的夹角为45°

-φ/2；

土柱理论：

竖向土压力即为结构顶盖上整个土柱的全部重量（软土地区浅埋地下工程）

库伦土压力基本假定:

1　挡土墙背后的土体为各向均质同性的无黏性土

2　挡土墙是刚性的且长度很长，属于平面应变问题

3　挡土墙背后产生主动或被动土压力时，土体形成滑动楔形体，滑裂面为通过墙踵的平面

4　墙顶处土体表面可以是水平面也可以是倾斜面，倾斜面与水平面的夹角为β

5　在滑裂面和墙背面上的切向分力满足极限平衡条件

等效内摩擦角：

郎肯土压力理论：

1．挡土墙背竖直，墙面光滑，不计墙面和土体之间的摩擦力

2．挡土墙背后填土表面为水平面

3．挡土墙背后的填土处于极限平衡状态

抗剪强度确定的方法：

室内：

直剪仪和三轴仪；

室外：

原位测试（十字板剪切试验和静力触探试验）

围岩压力计算

围岩：

开挖地下洞室，引起周围地层（岩体和土体）产生变形，变形之内的岩土体

形成机理：

原始应力平衡—扰动原始应力—应力重分布—围岩产生变形—对衬砌产生压力

分为：

围岩垂直压力（主要）、围岩水平压力（较小）、围岩底部压力

附加应力：

由于外部环境发生变化，在地层里产生的应力增量

岩体+土体；

岩体=岩块+结构面，土体：

固液气三相，单粒、蜂窝状、絮状

影响因素：

岩体结构、岩石强度、地下水作用（水动力作用、渗透力、水对岩体的软化作用）、洞室的尺寸形状、支护的类型与刚度、施工方法、洞室的埋置深度、支护的时间等

按松散体计算围岩压力：

Hmax这个深度上，摩阻力为全部岩石柱重量的一半

实际上不能认为当地下结构的埋置深度大于2Hmax时，地下结构就完全没有围岩压力作用；

这是因为我们把围岩当成一个刚性的块体，而实际是下滑的松散体，虽然两侧的摩擦阻力在数值上已经超过岩石柱的全部重量，但远离摩擦面的岩块将因自重而脱落。

卸荷拱ABCDE（岩石拱）：

将压力卸于两侧岩体的作用

压力拱AED：

AED以下的岩体重量将对结构产生压力

压力拱：

能够自然稳定而平衡，合理拱轴，其上任意一点无力矩作用

T≥H时候，T为拱脚处的水平反力，压力拱可以保持稳定；

地层的弹性抗力

脱离区:

拱顶，其变形背向地层，在此区域内岩土体对结构不产生约束作用

地层弹性抗力：

靠近拱角和边墙部位，结构产生压向地层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，岩土体将制止结构的变形，从而产生了对结构的反作用力

弹性抗力的存在使得结构受力改变，使变形减小而承载力有所增加

局部变形理论：

认为地基上某点施加的外力只会引起该点的沉陷

共同变形理论：

认为弹性地基上的一点的外力，不仅会引起该点发生沉陷，而且会引起附近的一定范围的地基沉陷

第3章弹性地基梁理论

弹性地基梁：

搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁——超静定梁

与普通梁的区别：

1）普通梁只在有限个支座处与基础相连，所受的支座反力为有限个，是静定的或者有限次超静定结构，而弹性地基梁与地基连续接触，所受反力是连续的，有无穷多个支点和无穷多个反力，因此是无限多次的超静定

2）普通梁支座看成是刚性支座，略去地基变形，只考虑梁变形，而弹性地基梁必须同时考虑地基的变形，它们是共同变形

关键是如何确定地基反力与地基沉降之间的关系，或是说如何选择弹性地基的计算模型问题

局部弹性地基模型：

温克尔（文克勒）假设：

地基表面任意点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比

y=p/k——k地基系数，使地基产生单位面积的沉降所需要的压强

考虑了梁本身实际的弹性变形

缺点：

没有考虑地基的连续性，实际不仅在该点产生沉降，在临近区域也会产生，对于密实厚土层和整体岩石地基会引起很大的误差

半无限弹性体地基模型：

均质、连续、弹性的半无限体

优点：

反应了地基的连续性，简化了计算；

没有反应土壤的非弹性性质，不均匀性，没有反应地基分层的特点，数学处理复杂受限制

弹性地基梁基本假设：

1）外荷载作用下产生变形，梁底面与地基始终并保持紧密相贴

2）地基反力处处与接触面垂直

3）高跨比小，符合平截面假定

α——弹性特征系数，梁和地基性质相关的综合参数，反应了梁和地基的相对刚度αλ换算长度

分类

短梁：

又称有限长梁；

当地基梁的换算长度1<

λ<

2.75时，

长梁：

换算长度λ≥2.75时，又可分为无限长梁（荷载作用的梁两端的换算长度均不小于2.75，忽略该荷载对梁端的影响）、半无限长梁（荷载作用点仅一端的换算长度不小于2.75，忽略该荷载对这一梁端的影响，另一端不能忽略）

刚性梁：

换算长度λ≤1；

EI趋于无穷或α趋于0

三种梁划分的主要依据是梁的实际长度与梁和地基的相对刚度之乘积

第4章：

地下建筑结构的计算方法

发展

1）19世纪前，完全依靠经验

2）19世纪初，刚性结构计算

3）19世纪后，砼和钢筋砼出现，整体性结构，弹性连续框架计算内力

4）20世纪来，连续介质理论建立，数值解、解析解

5）20世纪70年代，动态设计，新奥法

参考以往隧道工程的实践经验进行工程类比为主——经验设计法——经验类比模型

现场量测和实验室试验为主的实用设计法——收敛—限制法——收敛—限制模型

作用与反作用模型

连续介质模型，解析法、数值法——有限单元法

荷载—结构模型：

采用荷载结构法计算衬砌内力，并加以进行构件截面设计，衬砌承受的主要荷载是开挖洞室后由松动的岩土体的自重产生的地层压力；

认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载，衬砌在荷载作用下产生内力和变形

地层—结构模型：

计算理论为地层结构法，原理是将地层和衬砌视为受力变形的整体，满足变形条件下分别计算地层和衬砌的内力，据以验算地层的稳定性和进行结构截面设计；

目前以有限单元法为主，适合构筑在软岩或较稳定的地下建筑结构

新奥法：

奥地利学者提出，以喷射砼和锚杆作为主要的支护手段，通过监测控制围岩的变形，便于发挥围岩的自承能力的施工方法——在喷锚支护技术上提出

基本原则：

少扰动、早喷锚、勤监测、紧封闭

第6章浅埋式结构

据埋置深度划分可以分为深埋式结构和浅埋式

浅埋式：

覆盖土层较薄，不满足压力拱形成条件（H土<

2~2.5h压力拱高）或软土地层中覆盖厚度小于结构尺寸的地下建筑结构

决定深埋还是浅埋：

建筑物使用要求、环境条件、地质条件、防护等级、施工能力

常采用明挖法施工，较为经济

形式：

直墙拱形结构、矩形框架结构、梁板式结构

直墙拱形结构：

一般多用在跨度为1.5~4m左右的结构中，充分发挥材料的特性

按其轴线形式的形状又可分为：

半圆拱、割圆拱、抛物线拱

矩形闭合框架结构：

顶、底板为水平构件，承受弯矩较拱形结构大，一般做成钢筋砼结构

单跨、双跨、多跨、多层多跨矩形闭合框架

计算：

荷载计算、内力计算、截面设计

荷载计算：

静载、活载、特殊荷载（常规武器作用或核爆炸形成）

顶板荷载：

覆土压力

水压力

顶板自重

底板上的荷载

侧墙上的荷载=土的侧向压力+侧向水压力

抗浮验算：

箱体施工完，未安装设备和回填土前Q重只考虑结构自重

截面设计：

h+s/3≤h1,h为构件截面的高度，s为平行于构件轴线方向的支托长度

构造要求：

构造配筋：

横向受力钢筋（细而密，受拉主筋ρmin为1.2%,最大不超过1.5%，不宜直径和型号过多，两到三种为宜；

d≤32mm,间距不大于200mm不小于70mm）

纵向分布钢筋（考虑砼收缩、温差影响、差异性沉降）一般不小于受力钢筋截面面积的10%，顶板、底板不小于0.15%,侧墙不小于0.20%

考虑动载作用，提高构件的抗冲切，构件断面上宜配置双筋

砼保护层：

外侧与土、水相接触，内侧湿度相对较高，受力钢筋最小保护层厚度比地面结构增加5~10mm

箍筋：

间距：

绑扎骨架中不应大于15d，焊接骨架中不应大于20d，同时不应大于400mm

受拉筋（非焊接）间距不应大于5d，受压筋不应大于10d

一般采用直钩槽形箍筋，弯钩位于断面受压一侧，L形多用于侧墙

刚性节点：

足够的刚度、强度、抗裂性，还要易于施工。

缓和应力集中加斜托

变形缝的设置与构造：

考虑砼收缩、温差影响、差异性沉降引起的破坏，沿结构