隧道毕业设计之明洞计算示例(共23页).doc
精选优质文档-倾情为你奉上第4章 明洞设计4.1明洞长度确定进口端围岩等级为级，坡度比较平缓，因此有很长的超浅埋段。为了施工上的方便，考虑把超浅埋段设为明洞。坍落拱高度按下式计算当埋深时,即为超浅埋隧道。洞口段Xm处埋深为；斜坡坡度为，路面纵坡为1.2%。则有得在考虑岩石岩性考虑取明洞长度为50m。4.2明洞设置由于明洞围岩级别很差，垂直压力和侧向压力较大，故采用拱式明洞，并假设仰拱，明洞内轮廓线与暗洞内轮廓线一致。衬砌厚度为60m。衬砌材料采用钢筋混凝土结构，C25级混凝土，直径25mmHRB335级钢筋。明洞边墙用5#浆砌石片回填，拱部用挖土回填，最低回填土不小于1.5m，填土坡度设为，以利于排水。明洞配筋图如下：4.3衬砌内力计算4.3.1基本资料回填土=18kN/m3，重度，计算内摩擦角，混凝土弹性模量，。4.3.2荷载确定 =6.336时属于浅埋。 4.3.3衬砌几何要素 计算图示如下图4.1级围岩内力计算图示1、衬砌几何尺寸内轮廓线半径：r1=5.70m，r2=8.20m内径所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：1=90°，2=101.5725°截面厚度：d=0.60m外轮廓线半径 R1=6.3m，R2=8.80m拱轴线半径 r1=6.00m，r2=8.50m拱轴线各段圆弧中心角 1=90°，2=11.5725°2、半拱轴线长度S及分段轴长S分段轴线长度半拱轴线长度将半拱轴线等分为8段，每段轴长为3、各分块接缝（截面）中心几何要素与竖直轴夹角另一方面 角度闭合差： 接缝中心点坐标计算4.3.4计算位移1、单位位移单位位移值计算如下计算精度校核为：闭合差 用辛普生近似计算，按计算列表4.1进行。表4.1单位位移计算表截面sincosxydI1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I积分系数1/300.00000.00001.00000.00000.00000.600.018055.5560.00000.000055.55561113.2930.23000.97321.38020.16090.600.018055.5568.93891.438374.87174226.5960.44770.89422.68640.63500.600.018055.55635.27722.401148.51262339.8990.64140.76723.84851.39690.600.018055.55677.606108.41319.17414453.1920.80070.59914.80422.40560.600.018055.556133.46321.50644.34002566.4950.91700.39885.50223.60720.600.018055.556200.40722.881179.23944679.7980.98420.17725.90514.93710.600.018055.556274.281354.21958.28802792.1880.9993-0.03815.99386.32400.600.018055.556351.332221.82980.05664890.0001.00000.00005.82727.70520.600.018055.556428.063298.34210.03151444.481289.96304.29327.07852、载位移 （主动荷载在基本结构中引起的位移）竖向力 式中为衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度水平压力 式中为衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度自重力 式中为接缝的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力均列入表4.2，各集中力均通过相应图形的形心。（1）外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由图中量得，分别记为内力按下式计算弯矩 (4-1) 轴力 (4-2) 式中为相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算 （4-3） 第一截面的的计算见表4.2及表4.3专心-专注-专业表4.2弯矩计算表截面集中力力臂-Qaq-Gag-Eae(Q+G)Exy-x(Q+G)-yEMp0QGEaqagae00.0 000.0000.0000.00000.00000.00000.0000.0000.0000.0000.0000.00000.00000.0000.0000.0001199.26820.89021.0320.65560.68640.3764-130.640-14.339-7.9170.0000.0001.38020.1090.0000.000-152.8962184.52820.89060.1230.53810.62860.5105-99.294-13.131-30.693220.15821.0321.30620.4741-287.570-9.971-593.5563171.83620.890101.3790.43240.57700.6375-74.302-12.054-64.629425.57681.1551.16210.7619-494.562-61.832-1300.9344137.98320.890131.8200.26150.45470.7093-36.083-9.499-93.500618.302182.5340.95571.0087-590.911-184.122-2215.0485100.77520.890157.0090.09130.32140.7505-9.201-6.714-117.835777.175314.3530.69801.2016-542.468-377.727-3268.993658.1 6320.890173.785-0.08370.17090.75134.868-3.570-130.564898.840471.3620.40291.3299-362.143-626.864-4387.266713.6 9520.890180.655-0.25640.00900.71433.511-0.188-129.042977.894645.1470.08871.3869-86.739-894.754-5494.47780.0 0020.890177.9540.0000-0.10570.65480.0002.208-116.5241012.479825.801-0.16661.3812168.679-1140.597-6580.711表4.3轴力计算表截面sincos(Q+G)Esin(Q+G)cosENp000.00001.00000.0000.0000.0000.0000.00010.23000.9732220.15821.03250.63620.46930.16820.44770.8942425.57681.155190.53072.569117.96130.64140.7672618.302182.534396.579140.040256.53940.80070.5991777.175314.353622.284188.329433.95550.91700.3988898.840471.362824.237187.979636.25860.98420.1772977.894645.147962.443114.320848.12370.9993-0.03811012.479825.8011011.770-31.4631043.23381.00000.00001033.3691003.7551033.3690.0001033.369基本结构中，主动荷载产生弯矩的校核为另一方面，从表12中得到闭合差 （2）主动荷载位移计算过程见表4.4。 表4.4主动荷载位移计算表截面Mp01/Iy/I1+yMp0/IMp0y/IMp0(1+y)/I积分系数1/300.00055.55560.00001.00000.0000.0000.00011-152.89655.55568.93891.1609-8494.206-1366.718-9860.92442-593.55655.555635.27781.6350-32975.354-20939.350-53914.70323-1300.93455.555677.60562.3969-72274.163-.778-.94044-2215.04855.5556133.64463.4056-.307-.063-.37025-3268.99355.5556200.40024.6072-.855-.677-.53246-4387.26655.5556274.28365.9371-.204-.950-.15427-5494.47755.5556351.33367.3240-.990-.610-.59948-6580.71155.5556428.06708.7052-.362-.385-.7471-.648-.413-.061截面计算精度校核闭合差 3、载位移（单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移）（1）各接缝处的抗力强度抗力上零点假定在接缝3处，；最大抗力值假定在接缝5处，；最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算 （4-4）查表算得，最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算 （4-5） 式中 为所考察截面外缘点到h点的垂直距离； 为墙脚外缘点到h点的垂直距离。由图中量得则 按比例将所求得的抗力绘于图上。（2）各楔块上抗力集中力按下式近似计算 （4-6） 式中为楔块i的外缘长度，可通过量取夹角，用弧长公式求得，的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。（3）抗力集中力与摩擦力的合力按下式计算 （4-7） 式中为围岩于衬砌间的摩擦系数，此处则 其作用方向与抗力集中力的夹角。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上，画图时也可取 切向/径向=3/10的比例求出合力的方向.的作用点即为与衬砌外缘的交点。将的方向线延长，使之交于竖直轴，量取夹角，将分解为水平与竖直两个分力。 （4-8） 以上计算列入表4.5中。表4.5分解为水平与竖直两个分力计算表截面(h)R(h)ksinkcoskRH(h)Rv(h)30.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.000040.53470.26741.46230.408265.86610.91260.40890.37250.166951.00000.76741.46231.171577.32790.97560.21941.14290.257060.90570.95291.46231.454789.71600.99990.00501.45460.007370.56950.73761.45761.1224106.52500.9587-0.28441.0760-0.319280.00000.28481.44180.4106111.82480.9283-0.37180.3812-0.1527（4）计算单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力弯矩 （4-9） 轴力 （4-10）式中为力至接缝中心点的力臂，有图上量得计算见表4.6及表4.7。表4.6单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构中产生弯矩计算表截面R4=0.4082hR5=1.1715hR6=1.4547hR7=1.1224hR8=0.4106hM0(h)r4i-R4r4i(h)r5i-R5r5i(h)r6i-R6r6i(h)r7i-R7r7i(h)r8i-R8r8i(h)40.4944-0.2018-0.201851.8763-0.76590.6829-0.8000-1.565963.2547-1.32862.0686-2.42340.7766-1.1297-4.881774.5567-1.86003.4413-4.03152.1640-3.14800.8268-0.9280-9.967585.7490-2.34674.7522-5.56723.5443-5.15592.2112-2.48191.0158-0.4171-15.9688表4.7单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构中产生轴力计算表截面sincosRv(h)sinRv(h)RH(h)cosRH(h)N0(h)453.19720.80070.59910.16690.13360.37250.2232-0.0895566.49650.91700.39880.42390.38881.51540.6044-0.2156679.79580.98420.17720.43120.42442.97000.5263-0.1019792.18480.9993-0.03810.11200.11194.0460-0.15420.2661890.00001.00000.0000-0.0407-0.04074.42720.0000-0.0407（5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见表4.8。表4.8载位移计算表截面M0(h)1/Iy/I1+yM0/IM0y/IM0(1+y)/I积分系数1/34-0.201855.5556133.64463.4056-11.2119-26.9714-38.183325-1.565955.5556200.40024.6072-86.9958-313.8112-400.807046-4.881755.5556274.28365.9371-271.2032-1338.9573-1610.160427-9.967555.5556351.33367.3240-553.7504-3501.9175-4055.667848-15.968855.5556428.06708.7052-887.1549-6835.7060-7722.86101-1338.3233-8276.8260-9615.1493校核为闭合差 4、墙底（弹性地基上的刚性梁）位移单位位移作用下的转角主动荷载作用下的转角截面单位抗力及相应摩擦力作用下的转角4.3.5解力法方程衬砌矢高 计算力法方程系数为截面 以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以，即为被动荷载的载位移。求解方程为式中 式中 以上解得的值代入原方程，校核计算是否正确。4.3.6计算主动荷载和被动荷载计算公式为 （4-11） （4-12） 截面计算过程列入表4.9和表4.10。表4.9主动荷载和被动荷载的弯矩计算表截面Mp0X1pX2pyMpM0(h)X1(h)X2y(h)M(h)00.000111.57950.0000111.57950.0000-3.24780.0000-3.24781-152.896111.5795135.198193.88200.0000-3.24780.3977-2.85012-593.556111.5795533.566251.58980.0000-3.24781.5695-1.67833-1300.934111.57951173.7616-15.59280.0000-3.24783.45270.20494-2215.048111.57952021.3335-82.1347-0.2018-3.24785.94592.49635-3268.993111.57953030.9920-126.4213-1.5659-3.24788.91594.10226-4387.266111.57954148.4560-127.2306-4.8817-3.247812.20304.07367-5494.477111.57955313.8150-69.0829-9.9675-3.247815.63102.41578-6580.711111.57956474.38455.2527-15.9688-3.247819.0449-0.1716表4.10主动荷载和被动荷载的轴力计算表截面Np0X2pcosNpN0(h)X2cosN00.000840.2617840.26170.00002.47172.4717130.168817.7427847.91030.00002.40552.40552117.961751.3620869.32330.00002.21022.21023256.539644.6488901.18770.00001.89631.89634433.955503.4008937.3559-0.08951.48081.39135636.258335.0964971.3539-0.21560.98570.77016848.123148.8944997.0174-0.10190.43800.336171043.233-32.01401011.21930.2661-0.09750.168681033.3690.00001033.3690-0.04070.0000-0.04074.3.7最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向内的位移考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此修正后有 （4-13） 截面计算过程列入表4.11。表4.11位移值计算表截面Mp/IM/I (h)y5-yiMp(y5-yi)/IM(y5-yi)/I积分系数1/306198.8661-180.43353.607222360.5497-650.8596115215.6719-158.33923.446317974.7702-545.6844422866.1016-93.23732.97228518.6270-277.120023-866.268211.38432.2103-1914.712725.162844-4563.0429138.68391.2016-5482.9523166.642525-7023.4097227.89980.00000.00000.0000430890.7098-984.6337位移值为最大抗力值为4.3.8计算衬砌总内力按下式计算衬砌总内力 （4-14） 截面计算过程列入表4.12。表4.12总内力计算表截面MpMMNpNNeM/IMy/I积分系数1/30111.5795-97.326214.2533840.261774.0689914.33060.0156791.85210.00001193.8820-85.40858.4735847.910372.0839919.99420.0092470.752675.74414251.5898-50.29241.2974869.323366.2324935.55580.001472.077345.769123-15.59286.1407-9.4521901.187756.8257958.0134-0.0099-525.1164-733.535144-82.134774.8063-7.3284937.355941.6917979.0476-0.0075-407.1315-979.395425-126.4213122.9296-3.4917971.353923.0777994.4316-0.0035-193.9818-699.731246-127.2306122.0721-5.1586997.017410.07191007.0893-0.0051-286.5874-1414.910727-69.082972.39183.30881011.21935.05251016.27170.0033183.82381162.5018485.2527-5.14330.10941033.3690-1.21841032.15060.00016.078346.83471-250.2683-1926.3893计算精度的校核为以下内容根据拱顶切开点的相对转角和相对水平位移为零的条件来检查式中闭合差：式中闭合差4.3.9衬砌截面强度检算（1）拱顶（截面0）和弯矩最大截面(截面0) 偏心距计算为偏心受压构件，应考虑偏心距增大系数的影响，按偏心构件对其进行验算。强度验算构件所受弯矩为正弯矩下侧受拉根据配筋图得假定为大偏心,偏心距增大系数计算如下在弯矩作用下强度验算其中性轴按下式计算=687mm>且为小偏心受压构件所以k=2截面符合验算如下94.56由于 N 作用在钢筋与钢筋的重心之间，故还应满足下式由于故上式显然满足。在垂直于弯矩作用平面内的强度验算长细比 强度验算合格由于故可不进行裂缝宽(2)最大轴力截面(截面7) 偏心距计算为偏心受压构件，应考虑偏心距增大系数的影响，按偏心构件对其进行验算。强度验算构件所受弯矩为正弯矩下侧受拉根据配筋图得假定为大偏心,偏心距增大系数计算如下在弯矩作用下强度验算其中性轴按下式计算=711mm>且为小偏心受压构件所以k=2截面符合验算如下94.56由于 N 作用在钢筋与钢筋的重心之间，故还应满足下式由于故上式显然满足。在垂直于弯矩作用平面内的强度验算长细比 强度验算合格由于故可不进行裂缝宽度验算.(3)拱脚截面(截面8)偏心距计算可认为是轴心受压构件,按轴心受压构件验算。强度验算由于两个截面的计算可知,取k=2.44.3.10内力图图4.2内力图4.4本章小结明洞设计包括：洞长的确定，材料的选择，荷载的确定，断面形式的选择，衬砌配筋和截面强度验算。以上要严格按照公路工程隧道设计规范进行设计，来满足要求。
