知识点19-PPT-隧道衬砌截面强度检算-更改.pptx

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中南大学隧道与地下工程系,隧道工程,隧道衬砌截面强度检算讲授人：

王树英,一、概述,二、破损阶段法,主要内容,三、概率极限状态法,2,为了保证衬砌结构的安全性，需要对衬砌结构强度检算，确保衬砌的任一截面满足安全检算要求，否则必须修改衬砌形状、尺寸或材料强度。

衬砌结构设计检算方法包括：

破损阶段法考虑结构材料破坏阶段的工作状态进行结构构件设计计算的方法，因此设计时按照内力检算，采用抗拉和抗压极限强度。

容许应力法以结构构件截面计算应力不大于规定的材料容许应力的原则，进行结构构件设计计算的方法。

因此设计时按照应力检算，采用容许应力。

概率极限状态法以概率理论为基础，以防止结构或构件达到某种功能要求的极限状态为依据的结构设计计算的方法。

3,一、概述,根据铁路隧道设计规范（2016）和公路隧道设计规范（2004），隧道衬砌结构主要采用破损阶段法进行设计检算。

考虑到目前隧道概率极限状态法设计尚在试用阶段，相对于2005版规范，铁路隧道设计规范（2016）删除了概率极限状态法设计的相关内容，然而概率极限状态法是设计的发展趋势。

容许应力法主要应用于洞门等结构设计，这里不作介绍。

4,一、概述,二、破损阶段法,1.素混凝土和砌体衬砌,素混凝土和砌体衬砌矩形截面检算方法如下：

（1）当e00.2h时，小偏心构件，由抗压强度控制其承载能力，因此仅需按抗压强度进行检算。

KNRabhe0轴向力偏心距,MNK构件纵向弯曲系数构件纵向弯曲系数轴向力偏心影响系数，Ra混凝土的抗压极限强度,5,

（2）当e00.2h时，大偏心构件，由抗拉强度控制承载能力，仅需按抗拉强度进行检算。

KN1.75Rlbh,6e01,h上面公式可由：

6,二、破损阶段法,1.素混凝土和砌体衬砌,l,R混凝土的抗拉极限强度,6得出，并取lRl，再乘以一个放大系数1.75当不满足检算要求时修改隧道断面形状和尺寸，重新进行计算进行衬砌配筋,l,AWA,Ab,db2,（NM）（NNe）N（16e）,结构的强度安全系数要求（K规）KK规混凝土和砌体结构的强度安全系数,二、破损阶段法,1.素混凝土和砌体衬砌,（5）偏心距限制除检算截面的强度外，为充分发挥混凝土的抗压性能，规范对轴力的偏心距有所限制:

隧道暗洞和明洞衬砌的素混凝土偏心受压构件，其轴向力的偏心距不宜大于截面厚度的0.45倍；对于半路堑式明洞外墙、棚式明洞边墙和砌体偏心受压构件，不应大于截面厚度的O.3倍；基底偏心距，对岩石地基不大于1/4倍墙底厚度，对土质地基不大于1/6倍墙底厚度。

二、破损阶段法,1.素混凝土和砌体衬砌,8,二、破损阶段法,9,2.钢筋混凝土衬砌,当采用素混凝土无法满足隧道衬砌强度要求时，需采用钢筋混凝土衬砌。

铁路隧道设计规范（2016）和公路隧道设计规范（2004）针对大偏心受压（x0.55h0）和小偏心（x0.55h0）受压构件分别给出了强度验算方法。

针对大偏心受压的钢筋混凝土衬砌，考虑长期荷载作用的影响进行计算时，表面裂缝计算宽度限值不应大于0.2mm，特殊环境条件下应符合现行铁路混凝土结构耐久性设计规范要求。

具体检算要求，详见规范。

三、概率极限状态法概率极限状态法：

采用数理统计方法，用概率来衡量结构的安全度，或称“可靠度”。

（1）承载能力极限状态是指当结构构件达到最大承载能力或发生不适于继续承载的变形的状态。

混凝土矩形截面中心及偏心受压构件，其受压承载,能力：

scNk,bhfck/Rc,10,sc-混凝土衬砌抗压检算时作用效应分项系数Rc-混凝土衬砌抗压检算时抗力分项系数fck-混凝土衬砌轴心抗压强度标准值,三、概率极限状态法

（2）正常使用极限状态是指当结构或构件达到正常使用或耐久性的某项规定限值的状态从抗裂要求出发，混凝土矩形偏心受压构件的抗裂承载力按下式检算：

N6eh1.75bh2stk0,Rt,11,fctk,st-混凝土衬砌抗裂检算时作用效应分项系数,Rt-混凝土衬砌抗裂检算时抗力分项系数fctk-混凝土衬砌轴心抗拉强度标准值,12,单线隧道混凝土衬砌构件抗压检算各分项系数,单线隧道混凝土衬砌构件抗裂检算各分项系数,（3）分项系数的取值,三、概率极限状态法,截面轴心偏心距的要求同破损阶段法钢筋混凝土矩形截面概率极限状态法详见相关规范和书籍,铁路隧道设计规范（2005）,13,