隧道设计.docx

1、隧道设计4.5 衬砌内力及配筋计算4.5.1支护参数根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）中表8.4.2-1规定IV级围岩段初期支护选择为15cm厚C25喷射混凝土，拱、墙铺设钢筋网，间距20cm20cm，墙拱部、侧墙均设置20MnSi22普通水泥砂浆锚杆，间距100cm100cm；防水层为1.2mm厚EVA防水卷材，450g/无纺布；二次衬砌为35cm厚C25钢筋混凝土；预留变形6cm。4.5.2 衬砌内力计算（1）设计基本资料结构断面图如图4.5示。a.岩体特性岩体为IV级围岩。隧道埋深为深埋；计算摩擦角，岩体重度，围岩的弹性反力系数，基底围岩弹性反力系数。b.衬砌材料采用C25

2、钢筋混凝土，重度，弹性模量。钢筋混凝土衬砌轴心抗压强度标准值，轴心抗压设计值，钢筋混凝土轴心抗拉强度标准值c.结构尺寸，；，；，； ，隧道断面加宽。（2）计算作用在衬砌结构的主动荷载作用在结构上的荷载形式为匀布竖向荷载q和匀布水平侧向荷载e，由地下结构设计原理与方法（李志业,曾艳华编著）中表3.6.4可知，其侧压系数为0.15，即e=0.15q。匀布竖向荷载：当时，且，此时 匀布水平侧向荷载：（3）绘制分块图因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图4.6。图4.6 半跨结构计算图示（4）计算拱轴线长度a.求水平线以下边墙的轴线半径（单位：cm）及其与水平线的夹角假定水平线以下的轴线为一弧线，则

3、其半径由图4.7求得。由图上量得：，。由得， 图4.7 边墙轴线的计算（单位：mm）b.计算半拱轴线长度s及分块轴线长度s（单位:cm）式中为各圆弧轴线的半径半拱轴线长度分块长度 （5）计算各分段截面中心的几何要素a.求各截面与竖直轴的夹角校核角度： b.各截面的中心坐标(单位：cm) 坐标校核：（6）计算基本结构的单位位移计算过程见表4.3。计算基本结构的单位位移 ik曲墙拱结构几何要素及ik计算过程表（一）截面i弧度sinicosixiyidi0 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.3500 1 15.1740 0.2647 0.2616

4、 0.9652 1.4593 0.1944 0.3500 2 30.3480 0.5294 0.5050 0.8631 2.8022 0.7639 0.3500 3 45.5220 0.7941 0.7132 0.7009 3.9779 1.6690 0.3500 4 60.6960 1.0588 0.8718 0.4899 4.8616 2.8464 0.3500 5 75.8700 1.3235 0.9696 0.2448 5.4063 4.2140 0.3500 6 90.5510 1.5796 1.0000 -0.0088 5.5745 5.5745 0.3500 7 97.9950

5、1.7095 0.9904 -0.1382 5.4722 5.4722 0.3895 8 105.9900 1.8489 0.9616 -0.2746 8.5798 8.5798 0.7515 曲墙拱结构几何要素及ik计算过程表（二）截面Ii1/Iiyi/Iiyi2/Ii(1+yi)2/Ii积分系数0 0.0036 279.8834 0.0000 0.0000 279.8834 1 1 0.0036 279.8834 54.4009 10.5739 399.2592 4 2 0.0036 279.8834 213.8113 163.3369 870.8429 2 3 0.0036 279.88

6、34 467.1142 779.5949 1993.7066 4 4 0.0036 279.8834 796.6461 2267.5335 4140.7090 2 5 0.0036 279.8834 1179.4342 4970.1592 7608.9109 4 6 0.0036 279.8834 1560.2127 8697.4214 12097.7302 2 7 0.0049 203.0761 1111.2630 6080.9978 8506.5999 4 8 0.0354 28.2745 242.5903 2081.3862 2594.8413 1 6158.36 16632.78 71

7、703.27 111127.20 计算基本结构单位位移ik111222ss(s/3E)*1.03E-042.77E-041.20E-031.85E-03校核：11+212+22-ss=0计算正确（7）计算主动荷载在基本结构中产生的位移和a.衬砌每一块上的作用力竖向力： kN式中 相邻两截面之间的衬砌外缘的水平投影（由分块图量取）。侧向水平力： kN式中 相邻两截面之间的衬砌外缘的竖直投影（由分块图量取）。注：的计算按下式进行，以下表均同:自重力： kN计算过程见表4.4。注意：以上各集中力均通过相应荷载图形的形心。b.主动荷载在基本结构上产生的内力分块上每个集中力对下一分点的截面形心的力臂由分

8、块图上量取（图4.8），并分别记为、。弯矩： kN*m轴力： kN式中： 、相邻两截面中心点的坐标增量：和的计算过程示于表4.4和表4.5。 表4.4 计算过程表（一）衬砌每一块上的作用力M0ip 计算过程表（一）截面bihi集中力QiWiEiqe00.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 124.7400 18.7100 11.5103 0.2016 188.3948 10.8521 3.7719 124.7400 18.7100 21.4048 0.5899 175.2348 10.8521 11.0370 124.7400 18.7100 31.1993 0.

9、9370 149.6007 10.8521 17.5313 124.7400 18.7100 40.9102 1.2182 113.5383 10.8521 22.7925 124.7400 18.7100 50.5571 1.4139 69.4927 10.8521 26.4541 124.7400 18.7100 60.1666 1.5073 20.7817 10.8521 28.2016 124.7400 18.7100 70.0000 1.5035 0.0000 11.4645 28.1305 124.7400 18.7100 80.0000 1.3897 0.0000 17.6890

10、 26.0013 124.7400 18.7100 主动荷载在基本结构上产生的内力M0ip 计算过程表（二）截面力臂aqawaeQiaqWiawEiae00.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 10.6988 0.7432 0.3155 131.6503 8.0653 1.1900 20.5996 0.6954 0.4972 105.0708 7.5466 5.4876 30.4455 0.5998 0.6198 66.6471 6.5091 10.8659 40.2657 0.4446 0.7144 30.1671 4.8249 16.2830 5

11、0.0678 0.2759 0.7587 4.7116 2.9941 20.0707 6-0.1349 0.0878 0.7511 (2.8034)0.9528 21.1822 70.0000 -0.0707 0.7066 0.0000 (0.8105)19.8770 80.0000 -0.2355 0.6948 0.0000 (4.1658)18.0657 弯矩:M0ip=M0(i-1)p-xi(Q+W)-yiE-Qiaq-Eiae-Wiaw (kN*m)轴力：N0ip=sin(Q+W)-COSE (kN)式中：xi、yi相邻两截面中心点的坐标增量xi=xi-xi-1、yi=yi-yi-1M

12、0ip 计算过程表（三）截面xiyiM0ip00.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 10.00 0.00 0.00 0.00 1.46 0.19 -140.91 2199.25 3.77 -267.57 -2.15 1.34 0.57 -528.73 3385.33 14.81 -453.04 -13.40 1.18 0.91 -1079.20 4545.79 32.34 -482.33 -38.08 0.88 1.18 -1650.88 5670.18 55.13 -365.06 -75.40 0.54 1.37 -2119.11 6750.52 81.59 -126.23 -111.00 0.17 1.36 -2375.67 7782.16 109.79 80.06 11.24 -0.10 -0.10 -2303.44 8793.62 137.92 -2466.33 -428.61 3.11 3.11 -5212.28