分离隧道衬砌结构计算.docx
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分离隧道衬砌结构计算
一、明洞衬砌计算
1、
明洞衬砌结构设计图
2、设计和计算参数
回填土体参数:
容重:
20KN/m3;计算摩擦角:
35度;
拱部回填土体参数:
容重:
19KN/m3;计算摩擦角:
35度;
边墙回填浆砌片石参数:
容重:
23KN/m3;计算摩擦角:
45度;
C25钢筋混凝土:
25KN/m3;弹性模量:
2.85e7Kpa;
衬砌结构参数:
拱顶厚60cm,仰拱厚50cm,衬砌内径530cm
3、计算条件和荷载
计算模式:
本计算按“荷载-结构”模式验算。
永久荷载:
围岩压力、结构自重力、填土压力、温度变化力由程序自动考虑。
基本可变荷载:
无
偶然可变荷载:
落石及坍塌冲击力:
简化为2m填土荷载考虑;
地震力荷载:
本区地震基本烈度为6度区,根据《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)对于高速公路上的抗震重点工程可以比基本烈度提高一度采取抗震措施。
对于隧道须验算明洞、洞口浅埋和偏压段衬砌。
(1)地层柱、填土的水平惯性力
明洞填土属松散体,由于摩擦力的传递作用,力的作用点在拱顶。
S1’=Cz*Kh*Q1
S1’----填土
Cz----综合影响系数,取0.25
Kh----水平地震系数,取0.1
Q1----分块衬砌上的填土重量
(2)衬砌自重地震水平惯性力
S2=Cz*Kh*衬砌自重的一半/H
H----衬砌总高度
S2----衬砌水平惯性力
(3)地震时隧道侧向土压力增量
按两侧主动侧压力强度增减值相等计算;
为简便计算,视为均布压力;
△e=γ*(Hv+H/2)*(λ’-λ);
λ’----地震时围岩侧压力系数
λ’=(1-tanφg’/tanβ’)/[1+tanβ’*(tanφg’–tanθ)+tanφg‘*tanθ]
tanβ’=tanφg’+sqrt[(tanφg’*tanφg’+1)*tanφg’/(tanφg’–tanθ)]
β’----地震时土体破裂角β’=β+1.5;
φg’----地震时围岩计算摩擦角φg’=φg-地震角(取1.5度);
(4)地震时隧道竖向土压力增量
竖向地震系数Kv=0.5*Kh
4、程序计算
计算内力采用《隧道结构计算程序TUNLV5.1》,截面验算采用《BX偏心受压配筋计算程序》;
结构有限元划分
考虑偏压情况填土高小于3.5m的明洞衬砌内力计算:
##############################################################################
明洞中心填土厚度:
最大3.5m
明洞洞顶横坡:
最大0.3
地震、落石及坍塌冲击力荷载:
不考虑
车辆、人群、渡槽荷载:
不考虑
计算人姓名:
复核人姓名:
单位名称:
中交第二公路勘察设计院
计算时间:
##############################################################################
总节点数:
34
总单元数:
34
节点号X坐标Y座标节点宽节点厚方向角弹性抗力系数
(m)(m)(m)(m)(deg)(kN/m3)
1-4.130-2.7601.000.50073.724200000.00
2-4.130-2.7601.000.50073.724200000.00
3-5.235-2.6651.0001.48926.74250000.00
4-5.440-1.9851.000.97719.73950000.00
5-5.560-.9801.000.69010.02250000.00
6-5.600.0001.000.600.00050000.00
7-5.515.9701.000.598350.36910000.00
8-5.2601.9101.000.595340.33010000.00
9-4.8502.8001.000.600329.99510000.00
10-4.2903.5951.000.603319.69610000.00
11-3.5954.2901.000.603310.304.00
12-2.8004.8501.000.600300.005.00
13-1.9105.2601.000.595289.670.00
14-.9705.5151.000.598279.632.00
15.0005.6001.000.600270.000.00
16.9755.5151.000.600259.449.00
171.9205.2601.000.595250.330.00
182.8004.8501.000.600240.035.00
193.6054.2901.000.603229.731.00
204.2903.5951.000.603220.30410000.00
214.8502.8001.000.600210.00510000.00
225.2651.9101.000.604199.35810000.00
235.515.9701.000.599189.62410000.00
245.600.0001.000.600180.00050000.00
255.560-.9801.000.691169.98550000.00
265.440-1.9851.000.977160.26150000.00
275.260-2.6751.0001.435153.07850000.00
284.130-2.7601.000.500106.222200000.00
294.130-2.7601.000.500106.222200000.00
302.940-3.0551.000.500101.497200000.00
311.390-3.2901.000.50294.578200000.00
32.000-3.3501.000.50090.000200000.00
33-1.385-3.2901.000.50384.256200000.00
34-2.930-3.0551.000.50078.449200000.00
单元号结点1结点2类型抗力计算方式位置
112铰接单元
(2)不计抗力(0)仰拱单元(5)
232普通单元(0)改良附刚法
(2)仰拱单元(5)
343普通单元(0)改良附刚法
(2)左侧边墙
(1)
454普通单元(0)改良附刚法
(2)左侧边墙
(1)
565普通单元(0)改良附刚法
(2)左侧边墙
(1)
676普通单元(0)改良附刚法
(2)左侧拱部
(2)
787普通单元(0)改良附刚法
(2)左侧拱部
(2)
898普通单元(0)改良附刚法
(2)左侧拱部
(2)
9109普通单元(0)不计抗力(0)左侧拱部
(2)
101110普通单元(0)不计抗力(0)左侧拱部
(2)
111211普通单元(0)不计抗力(0)左侧拱部
(2)
121312普通单元(0)不计抗力(0)左侧拱部
(2)
131413普通单元(0)不计抗力(0)左侧拱部
(2)
141514普通单元(0)不计抗力(0)左侧拱部
(2)
151615普通单元(0)不计抗力(0)右侧拱部(3)
161716普通单元(0)不计抗力(0)右侧拱部(3)
171817普通单元(0)不计抗力(0)右侧拱部(3)
181918普通单元(0)不计抗力(0)右侧拱部(3)
192019普通单元(0)不计抗力(0)右侧拱部(3)
202120普通单元(0)不计抗力(0)右侧拱部(3)
212221普通单元(0)改良附刚法
(2)右侧拱部(3)
222322普通单元(0)改良附刚法
(2)右侧拱部(3)
232423普通单元(0)改良附刚法
(2)右侧拱部(3)
242524普通单元(0)改良附刚法
(2)右侧边墙(4)
252625普通单元(0)改良附刚法
(2)右侧边墙(4)
262726普通单元(0)改良附刚法
(2)右侧边墙(4)
272827普通单元(0)改良附刚法
(2)仰拱单元(5)
282829铰接单元
(2)不计抗力(0)仰拱单元(5)
293029普通单元(0)附加刚度法
(1)仰拱单元(5)
303130普通单元(0)附加刚度法
(1)仰拱单元(5)
313231普通单元(0)附加刚度法
(1)仰拱单元(5)
323332普通单元(0)附加刚度法
(1)仰拱单元(5)
333433普通单元(0)附加刚度法
(1)仰拱单元(5)
34134普通单元(0)附加刚度法
(1)仰拱单元(5)
结构材料容重(kN/m3):
.2500E+02
结构材料弹性模量(kN/m2):
.2850E+08
结构材料线膨胀系:
.1000E-04
结构整体温度变化值:
.0000
具有指定位移之节点总数:
2
节点号X方向值(m)Y方向值(m)转角方向值(deg)
(>=1000--不指定;<10--指定)
3.00000.000001000.00000
27.00000.000001000.00000
按明洞计算土压力
明洞土压力荷载参数:
回填土表面某一点坐标(m):
(.0000,9.4000)
回填土表面倾角(deg):
-16.7000
拱部回填土容重(kN/m3):
19.000
拱部回填土计算摩擦角(deg):
35.000
边墙回填土容重(kN/m3):
23.000
边墙回填土计算摩角(deg):
45.000
拱部土体与边墙土体交界的Y坐标(m):
.000
左侧拱部侧压力系数:
.303915
左侧拱部侧压力方向:
6.574670
右侧拱部侧压力系数:
.236187
右侧拱部侧压力方向:
3.141600
左侧边墙侧压力系数:
.156070
右侧边墙侧压力系数:
.192116
###############################################
计算结果
###############################################
节点位移:
节点号X-位移Y-位移转角弹性抗力
(m)(m)(rad)(kN)
1.0000476.0004613-.0002882.0000000
2.0000475.0004613.0004064.0000000
3.0000000.0000000.0004410.0000000
4-.0003013-.0001067.000455215.9803700
5-.0007621-.0001935.000461939.2062300
6-.0011783-.0002489.000370258.9139200
7-.0014258-.0002680.000110413.6087700
8-.0013771-.0003220-.000240511.8834600
9-.0010253-.0005242-.0005728.0000000
10-.0004911-.0009391-.0007926.0000000
11.0000721-.0015407-.0008537.0000000
12.0005093-.0022010-.0007481.0000000
13.0007511-.0027725-.0004974.0000000
14.0008194-.0030900-.0001598.0000000
15.0008017-.0030749.0001911.0000000
16.0008149-.0027325.0004954.0000000
17.0009530-.0021519.0007026.0000000
18.0012427-.0014836.0007725.0000000
19.0016414-.0008709.0006919.0000000
20.0020375-.0004449.0004797.0000000
21.0022864-.0002349.000176518.6256600
22.0022821-.0002021-.000155220.8612800
23.0019888-.0002455-.000435419.1978500
24.0014782-.0002554-.000583773.9102900
25.0009021-.0001988-.000574246.1449100
26.0003508-.0001056-.000523218.2944800
27.0000000.0000000-.0005017.0000000
28-.0000483.0005341-.0004585.0000000
29-.0000483.0005340.0003339.0000000
30.0000194.0001845.0002181.0000000
31.0000265-.0000160.00005473.6066020
32.0000075-.0000484-.00000099.6853250
33-.0000114-.0000170-.00004923.6157180
34-.0000082.0001567-.0001874.0000000
单元结点力:
(轴向力以压为正,切向力以向内为正,弯矩以外侧受拉为正)
单元号节点号轴向力切向力弯矩
(kN)(kN)(kN-m)
23-225.8307098.36700-140.71350
2-218.25940-71.54072-.00009
34728.56430196.27070-41.19921
3737.19930256.88170-141.01090
45717.91040137.8739015.34522
4728.92700195.26630-45.33449
56715.1357097.4915392.32848
5718.02870137.1996012.53198
67708.2295048.08892166.12070
6715.4894093.5041294.35409
78666.78200-10.56190184.11760
7708.7675054.84377169.94540
89599.02640-63.79026149.28560
8666.71620-9.29993184.85640
910518.03000-94.1731972.66247
9599.27330-61.17662150.51260
1011438.52260-92.82906-20.97717
10518.03170-94.1732172.66297
1112369.38810-78.28108-105.55900
11438.52340-92.82812-20.97789
1213318.03290-48.42186-168.86270
12369.38990-78.28181-105.55920
1314289.54600-11.28651-195.15550
13318.03290-48.41854-168.86310
1415286.2608025.87110-186.43150
14289.54670-11.29061-195.15500
1516300.1068052.82730-145.51430
15286.2612025.87346-186.43020
1617327.8788077.16651-80.93631
16300.1116052.82974-145.51550
1718369.2648082.90832-3.06360
17327.8748077.16487-80.93701
1819420.1748074.8155577.72406
18369.2676082.91077-3.06438
1920474.0612056.46663139.78100
19420.1724074.8165377.72387
2021528.6555020.39926174.55930
20474.3235053.61039139.16290
2122574.45990-29.69649168.75660
21528.0311014.11825172.03680
2223604.84910-80.26109120.63110
22574.42910-29.47872168.79200
2324614.65870-101.4978028.34311
23604.07410-70.56728116.09730
2425618.29120-121.95420-54.02764
24614.25280-106.2796026.36503
2526633.34180-163.00470-100.58650
25618.13060-122.86600-50.35851
2627644.66830-216.20130-159.22230
26632.95770-164.07640-95.76228
2728-218.2399083.22645-.00009
27-234.41000-89.90719-158.87640
2930-209.7573034.6501549.86839
29-216.1783031.960999.18671
3031-208.88170-6.4069822.61361
30-210.35640-15.1707443.85200
3132-209.05120-1.888397.34086
31-209.27360-10.5779818.33183
3233-209.2233012.7029415.35878
32-209.04460-.305787.36620
3334-210.7446013.7752237.97490
33-208.948908.9947819.20027
341-216.33320-26.790498.07611
34-210.29820-29.3834243.40950
截面验算及配筋计算:
*************************************************************************
保护层厚度(M)a=0.050砼标号=25安全系数=2.00
*************************************************************************
节点宽(M)厚(M)轴力(KN)弯矩(KN-M)不对称配筋[cm2]对称配筋素砼(拉、压)
11.000.50216.38.10.000.009.000.038.9
21.000.50218.3-0.00.000.009.000.038.6
31.001.49737.2-140.70.000.0028.780.031.5
41.000.98728.9-41.20.000.0018.550.022.0
51.000.69718.015.30.000.0012.800.015.8
61.000.60715.592.30.000.0010.999.60.0
71.000.60708.8166.10.008.9710.972.10.0
81.000.59666.7184.10.008.9210.901.70.0
91.000.60599.3149.30.009.0111.012.20.0
101.000.60518.072.70.000.0011.069.80.0
111.000.60438.5-21.00.000.0011.060.023.3
121.000.60369.4-105.69.010.0011.012.90.0
131.000.59318.0-168.910.720.0010.901.40.0
141.000.60289.5-195.214.520.0014.521.20.0
151.000.60286.3-186.413.530.0013.531.30.0
161.000.60300.1-145.58.290.0011.001.70.0
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