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

171.000.59327.9-80.98.920.0010.904.00.0

181.000.60369.3-3.10.000.0011.010.012.0

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