隧道工程隧道支护结构设计计算方法的基本原理.pptx

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1、第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 材料性质和数学表达要等价。材料性质和数学表达要等价。材料性质和数学表达要等价。材料性质和数学表达要等价。设设设设计计计计计计计计算算算算方方方方法法法法大大大大致致致致分分分分为为为为：结结结结构构构构力力力力学学学学方方方方法法法法、岩岩岩岩体体体体力力力力学方法、信息反馈方法及经验方法等。学方法、信息反馈方法及经验方法等。学方法、信息反馈方法及经验方法等。学方法、信息反馈方法及经验方法等。第三节结构力学方法第三节结构力学方法 一、基本原理一、基本原理 将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，将支护和围岩分

2、开考虑，支护结构是承载主体，将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法，也称为荷载方法，也称为荷载方法，也称为荷载方法，也称为荷载结构法。结构法。结构法。结构法。第1页/共30页第五章第五章 隧道支护结

3、构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩其设计原理是按围岩分级或由实用公式确定围岩压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支撑的约束能

4、力时间接考虑。力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。在围岩与支护结构相在围岩与支护结构相在围岩与支护结构相在围岩与支护结构相互作用的处理上却有几互作用的处理上却有几互作用的处理上却有几互作用的处理上却有几种不同的做法：种不同的做法：种不同的做法：种不同的做法：主动荷载模式主动荷载模式竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力侧侧侧侧向向向向围围围围岩岩岩岩主主主主动动动动压压压压力力力力第2页/共30页第五章第五章 隧道支护构设计计算方法的基本原理隧道支护构设计计算方法的基本原理主动荷载加被动荷载主动荷载加被

5、动荷载(弹性抗力弹性抗力)模式模式竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力侧侧侧侧向向向向围围围围岩岩岩岩主主主主动动动动压压压压力力力力弹性抗力弹性抗力弹性抗力弹性抗力第3页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理实际荷载模式实际荷载模式径向荷载径向荷载径向荷载径向荷载切切切切向向向向荷荷荷荷载载载载第4页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理二、隧道衬砌受力变形特点二、隧道衬砌受力变形特点在在在在主主主主动动动动荷荷荷荷载载载载作作作作用用用用下下下下，结结结结

6、构构构构产产产产生生生生的的的的变变变变形形形形用用用用虚虚虚虚线线线线表表表表示示示示。在在在在拱拱拱拱顶顶顶顶，其其其其变变变变形形形形背背背背向向向向地地地地层层层层，不不不不受受受受围围围围岩岩岩岩的的的的约约约约束束束束而而而而自自自自由由由由变变变变形形形形，这这这这个个个个区区区区域域域域称称称称为为为为 “脱脱脱脱离离离离区区区区”；而而而而在在在在两两两两侧侧侧侧及及及及底底底底部部部部，结结结结构构构构产产产产生生生生朝朝朝朝向向向向地地地地层层层层的的的的变变变变形形形形，并并并并受受受受到到到到围围围围岩岩岩岩的的的的约约约约束束束束阻阻阻阻止止止止其其其其变变变变形形

7、形形，因因因因而而而而围围围围岩岩岩岩对对对对衬衬衬衬砌砌砌砌产产产产生生生生了了了了弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力，这这这这个个个个区区区区称称称称为为为为“抗力区抗力区抗力区抗力区”。竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力竖向围岩主动压力侧侧侧侧向向向向围围围围岩岩岩岩主主主主动动动动压压压压力力力力弹性抗力弹性抗力弹性抗力弹性抗力脱离区脱离区脱离区脱离区第5页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理围围围围岩岩岩岩对对对对衬衬衬衬砌砌砌砌变变变变形形形形起起起起双双双双重重重重作作作作用用用用：围围围围岩岩岩岩产产产产生生生

8、生主主主主动动动动压压压压力力力力使使使使衬衬衬衬砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形。三、隧道衬砌承受的荷载三、隧道衬砌承受的荷载(一一一一)主动荷载主动荷载主动荷载主动荷载1.1.1.1.主要荷载主要荷载主要荷载主要荷载 长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、支护结长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、支护结长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、支护结长期及经常作用的荷载，如围岩松动压力、支护结构的自重、地下水压力及列车、汽车活载等。构的自重、地下水压力及列车、汽车活载等。构的自重、地

9、下水压力及列车、汽车活载等。构的自重、地下水压力及列车、汽车活载等。第6页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 支护结构自重支护结构自重支护结构自重支护结构自重：可按预先拟定的结构尺寸和材料：可按预先拟定的结构尺寸和材料：可按预先拟定的结构尺寸和材料：可按预先拟定的结构尺寸和材料容重计算确定。容重计算确定。容重计算确定。容重计算确定。对于一般的隧道结构，在含水地层中，对于一般的隧道结构，在含水地层中，对于一般的隧道结构，在含水地层中，对于一般的隧道结构，在含水地层中，静水压力静水压力静水压力静水压力可按最低水位考虑可按最低水位考虑可按最低

10、水位考虑可按最低水位考虑，由于静水压力使衬砌结构物中的，由于静水压力使衬砌结构物中的，由于静水压力使衬砌结构物中的，由于静水压力使衬砌结构物中的轴向力加大，对抗弯性能差的混凝土衬砌结构来说，轴向力加大，对抗弯性能差的混凝土衬砌结构来说，轴向力加大，对抗弯性能差的混凝土衬砌结构来说，轴向力加大，对抗弯性能差的混凝土衬砌结构来说，相当于改善了它的受力状态，对结构有利。相当于改善了它的受力状态，对结构有利。相当于改善了它的受力状态，对结构有利。相当于改善了它的受力状态，对结构有利。第7页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理2.2.2.2.附加荷

11、载附加荷载附加荷载附加荷载 指偶然的、非经常作用的荷载，如温差应力、灌浆指偶然的、非经常作用的荷载，如温差应力、灌浆指偶然的、非经常作用的荷载，如温差应力、灌浆指偶然的、非经常作用的荷载，如温差应力、灌浆压力、冻胀力及地震力等。压力、冻胀力及地震力等。压力、冻胀力及地震力等。压力、冻胀力及地震力等。3.3.3.3.计算荷载计算荷载计算荷载计算荷载 应按上述两种荷载同时存在的情况进行组合。一般应按上述两种荷载同时存在的情况进行组合。一般应按上述两种荷载同时存在的情况进行组合。一般应按上述两种荷载同时存在的情况进行组合。一般仅考虑主要荷载，只有在某些特殊情况时，如七级以上仅考虑主要荷载，只有在某些

12、特殊情况时，如七级以上仅考虑主要荷载，只有在某些特殊情况时，如七级以上仅考虑主要荷载，只有在某些特殊情况时，如七级以上地震区，或严寒地区冻胀性土壤的洞口段衬砌，才按主地震区，或严寒地区冻胀性土壤的洞口段衬砌，才按主地震区，或严寒地区冻胀性土壤的洞口段衬砌，才按主地震区，或严寒地区冻胀性土壤的洞口段衬砌，才按主要荷载加附加荷载来检算结构。要荷载加附加荷载来检算结构。要荷载加附加荷载来检算结构。要荷载加附加荷载来检算结构。第8页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理(二二二二)被动荷载被动荷载被动荷载被动荷载(即围岩的弹性抗力即围岩的弹性抗力即

13、围岩的弹性抗力即围岩的弹性抗力)弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力就就就就是是是是指指指指由由由由于于于于支支支支护护护护结结结结构构构构发发发发生生生生向向向向围围围围岩岩岩岩方方方方向向向向的的的的变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。变形而引起的围岩对支护结构的约束反力。弹性抗力的大小，目弹性抗力的大小，目弹性抗力的大小，目弹性抗力的大小，目前多用温克尔前多用温克尔前多用温克尔前多用温克尔(Winkler)(Winkler)假定为基础的局部变形假定为基础的局部变形假定为基础的局部变形假定为基础的局部变形理论计算。理

14、论计算。理论计算。理论计算。局部变形假设局部变形假设局部变形假设局部变形假设 i i i i i i局部变形理论认为应力和局部变形理论认为应力和局部变形理论认为应力和局部变形理论认为应力和变形之间呈线性关系，即变形之间呈线性关系，即变形之间呈线性关系，即变形之间呈线性关系，即为围岩弹性抗力系数。为围岩弹性抗力系数。为围岩弹性抗力系数。为围岩弹性抗力系数。第9页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理i=Ki 式中式中式中式中 i围表面上任意一点围表面上任意一点围表面上任意一点围表面上任意一点i i的压缩变形；的压缩变形；的压缩变形；的压缩变形

15、；i围岩在同一点上所产生的弹性抗力；围岩在同一点上所产生的弹性抗力；围岩在同一点上所产生的弹性抗力；围岩在同一点上所产生的弹性抗力；K围岩的弹性反力系数。围岩的弹性反力系数。围岩的弹性反力系数。围岩的弹性反力系数。这样假设和实际情况有出入。这样假设和实际情况有出入。这样假设和实际情况有出入。这样假设和实际情况有出入。第10页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理共共共共同同同同变变变变形形形形理理理理论论论论把把把把围围围围岩岩岩岩视视视视为为为为弹弹弹弹性性性性半半半半无无无无限限限限体体体体，考考考考虑虑虑虑相相相相邻邻邻邻质质质质点点

16、点点之之之之间间间间变变变变形形形形的的的的相相相相互互互互影影影影响响响响。它它它它用用用用纵纵纵纵向向向向变变变变形形形形系系系系数数数数E E和和和和横横横横向向向向变变变变形形形形系系系系数数数数表表表表示示示示地地地地层层层层特特特特征征征征，并并并并考考考考虑虑虑虑粘粘粘粘结结结结力力力力和和和和内摩擦角的影响。内摩擦角的影响。内摩擦角的影响。内摩擦角的影响。i i共同变形假设共同变形假设共同变形假设共同变形假设 i i第11页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理四、隧道衬砌结构的计算方法四、隧道衬砌结构的计算方法 隧道支护结

17、构计算的主要内容有隧道支护结构计算的主要内容有隧道支护结构计算的主要内容有隧道支护结构计算的主要内容有:按工程类比方法初步拟定断面的几何尺寸按工程类比方法初步拟定断面的几何尺寸按工程类比方法初步拟定断面的几何尺寸按工程类比方法初步拟定断面的几何尺寸确定作用在结构上的荷载确定作用在结构上的荷载确定作用在结构上的荷载确定作用在结构上的荷载进行力学计算，求出截面的内力进行力学计算，求出截面的内力进行力学计算，求出截面的内力进行力学计算，求出截面的内力(弯矩弯矩弯矩弯矩MM和轴向力和轴向力和轴向力和轴向力N N)检算截面的承载力检算截面的承载力检算截面的承载力检算截面的承载力第12页/共30页第五章第

18、五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理(一一一一)假假假假定定定定抗抗抗抗力力力力区区区区范范范范围围围围及及及及抗抗抗抗力力力力分分分分布布布布规规规规律律律律法法法法(简简简简称称称称“假假假假定定定定抗抗抗抗力图形法力图形法力图形法力图形法”)假假假假定定定定衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构周周周周边边边边抗抗抗抗力力力力分分分分布布布布的的的的范范范范围围围围及及及及抗抗抗抗力力力力区区区区各各各各点点点点抗抗抗抗力力力力变变变变化化化化的的的的图图图图形形形形，只只只只要要要要知知知知道道道道某某某某一一一一特特特特定定定定点点点点的的的的弹弹弹弹

19、性性性性抗抗抗抗力力力力，就就就就可可可可求求求求出出出出其其其其它它它它各各各各点点点点的的的的弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力值值值值。这这这这样样样样，在在在在求求求求出出出出作作作作用用用用在在在在衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构上上上上的的的的荷荷荷荷载载载载后后后后，其其其其内内内内力力力力分分分分析析析析也也也也就就就就变变变变成成成成了了了了通常的超静定结构问题。通常的超静定结构问题。通常的超静定结构问题。通常的超静定结构问题。图为曲墙式衬砌结构采用图为曲墙式衬砌结构采用图为曲墙式衬砌结构采用图为曲墙式衬砌结构采用“假定抗力图形法假定抗力图形法假定抗力图形法假定抗力图形法”求解

20、衬求解衬求解衬求解衬砌截面内力的计算图式。砌截面内力的计算图式。砌截面内力的计算图式。砌截面内力的计算图式。第13页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理q qe ee eh ha aa ab bX XY Y第14页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 这这这这是是是是一一一一个个个个在在在在主主主主动动动动荷荷荷荷载载载载(垂垂垂垂直直直直荷荷荷荷载载载载大大大大于于于于侧侧侧侧向向向向荷荷荷荷载载载载)及及及及弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力共共共共同同同同作作作作用用用用下下下下

21、，支支支支承承承承在在在在弹弹弹弹性性性性地地地地基基基基上上上上的的的的无无无无铰铰铰铰高高高高拱拱拱拱。拱拱拱拱两两两两侧侧侧侧的的的的弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力按按按按二二二二次次次次抛抛抛抛物物物物线线线线分分分分布布布布，只只只只要要要要知知知知道道道道特特特特定定定定点点点点，即即即即最最最最大大大大抗抗抗抗力力力力点点点点h(最最最最大大大大跨跨跨跨度度度度处处处处)截截截截面面面面的的的的弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力值值值值h，其其其其它它它它各各各各截截截截面面面面的的的的弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力值值值值可可可可通通通通过过过过与与与与h h点点点点弹弹弹弹

22、性性性性抗抗抗抗力力力力值值值值h有有有有关关关关的的的的函函函函数数数数关关关关系系系系式式式式求求求求出。出。出。出。第15页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 当当当当曲曲曲曲墙墙墙墙的的的的曲曲曲曲率率率率是是是是常常常常数数数数或或或或为为为为直直直直梁梁梁梁时时时时，可可可可采采采采用用用用初初初初参参参参数数数数法法法法求求求求解解解解结结结结构构构构内内内内力力力力一一一一般般般般直直直直墙墙墙墙式式式式衬衬衬衬砌砌砌砌的的的的直直直直边边边边墙墙墙墙利利利利用用用用此此此此法法法法求求求求解。解。解。解。(二二二二)弹

23、性地基梁法弹性地基梁法弹性地基梁法弹性地基梁法 这这这这种种种种方方方方法法法法是是是是将将将将衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构看看看看成成成成置置置置于于于于弹弹弹弹性性性性地地地地基基基基上上上上的的的的曲曲曲曲梁梁梁梁或直梁。或直梁。或直梁。或直梁。第16页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 直直直直墙墙墙墙式式式式衬衬衬衬砌砌砌砌的的的的拱拱拱拱圈圈圈圈和和和和边边边边墙墙墙墙分分分分开开开开计计计计算算算算。拱拱拱拱圈圈圈圈为为为为一一一一个个个个弹弹弹弹性性性性固固固固定定定定在在在在边边边边墙墙墙墙顶顶顶顶上上上上的的的的

24、无无无无铰铰铰铰平平平平拱拱拱拱，边边边边墙墙墙墙为为为为一一一一个个个个置置置置于于于于弹弹弹弹性性性性地地地地基基基基上上上上的的的的直直直直梁梁梁梁，计计计计算算算算时时时时先先先先根根根根据据据据其其其其换换换换算算算算长长长长度度度度，确确确确定定定定是是是是长长长长梁梁梁梁、短短短短梁梁梁梁或或或或刚刚刚刚性性性性梁梁梁梁，然然然然后后后后按按按按照照照照初初初初参参参参数数数数方方方方法法法法来来来来计计计计算算算算墙墙墙墙顶截面的位移及边墙各截面的内力值。顶截面的位移及边墙各截面的内力值。顶截面的位移及边墙各截面的内力值。顶截面的位移及边墙各截面的内力值。第17页/共30页第五

25、章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理OOb bb bc cca aa aK KK KEJEJhahaKaKal lq q第18页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理(三三三三)弹性支承法弹性支承法弹性支承法弹性支承法 弹弹弹弹性性性性支支支支承承承承法法法法的的的的基基基基本本本本特特特特点点点点是是是是将将将将衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构离离离离散散散散为为为为有有有有限限限限个个个个杆杆杆杆系系系系单单单单元元元元体体体体，将将将将弹弹弹弹性性性性抗抗抗抗力力力力作作作作用用用用范范范范围

26、围围围内内内内（一一一一般般般般先先先先假假假假定定定定拱拱拱拱顶顶顶顶9090 120120 范范范范围围围围为为为为脱脱脱脱离离离离区区区区）的的的的连连连连续续续续围围围围岩岩岩岩，离离离离散散散散成成成成若若若若干干干干条条条条彼彼彼彼此此此此互互互互不不不不相相相相关关关关的的的的矩矩矩矩形形形形岩岩岩岩柱柱柱柱，用用用用一一一一些些些些具具具具有有有有一一一一定定定定弹弹弹弹性性性性的的的的支支支支承承承承来来来来代代代代替替替替岩岩岩岩柱柱柱柱，并并并并以以以以铰铰铰铰接接接接的的的的方方方方式式式式支支支支承承承承在在在在衬衬衬衬砌砌砌砌单单单单元之间的节点上，它不承受弯矩，只

27、承受轴力。元之间的节点上，它不承受弯矩，只承受轴力。元之间的节点上，它不承受弯矩，只承受轴力。元之间的节点上，它不承受弯矩，只承受轴力。第19页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 弹弹弹弹性性性性支支支支承承承承的的的的设设设设置置置置方方方方向向向向，当当当当衬衬衬衬砌砌砌砌与与与与围围围围岩岩岩岩之之之之间间间间不不不不仅仅仅仅能能能能传传传传递递递递法法法法向向向向力力力力且且且且能能能能传传传传递递递递剪剪剪剪切切切切力力力力时时时时，则则则则在在在在法法法法向向向向和和和和切切切切向向向向各各各各设设设设置置置置一一一一个个个

28、个弹弹弹弹性性性性支支支支承承承承。如如如如衬衬衬衬砌砌砌砌与与与与围围围围岩岩岩岩之之之之间间间间只只只只能能能能传传传传递递递递法法法法向向向向力力力力时时时时，则则则则沿沿沿沿衬衬衬衬砌砌砌砌轴轴轴轴线线线线设设设设置置置置一一一一个个个个法法法法向向向向弹弹弹弹性性性性支支支支承承承承。但但但但为为为为了了了了简简简简化化化化计计计计算算算算工工工工作作作作，可可可可将将将将弹弹弹弹性性性性支支支支承承承承由由由由法法法法向向向向设设设设置置置置改改改改为为为为水水水水平平平平方方方方向向向向设设设设置置置置。对对对对于于于于弹弹弹弹性性性性固固固固定定定定的的的的边边边边墙墙墙墙底底

29、底底部部部部用用用用一一一一个个个个即即即即能能能能约约约约束束束束水水水水平平平平位位位位移移移移，又又又又能能能能产产产产生生生生转转转转动动动动和和和和垂垂垂垂直直直直位位位位移移移移的的的的弹弹弹弹性性性性支支支支座座座座来来来来模模模模拟拟拟拟。图图图图为为为为隧隧隧隧道道道道衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构内内内内力力力力分分分分析析析析的的的的一一一一般般般般计计计计算算算算图图图图式式式式。将将将将主主主主动动动动围围围围岩岩岩岩压压压压力力力力简简简简化化化化为为为为节节节节点点点点荷荷荷荷载载载载，衬衬衬衬砌砌砌砌结结结结构构构构的的的的内内内内力力力力计计计计算算算算，可

30、可可可采用矩阵力法或矩阵位移法，编制程序进行分析计算。采用矩阵力法或矩阵位移法，编制程序进行分析计算。采用矩阵力法或矩阵位移法，编制程序进行分析计算。采用矩阵力法或矩阵位移法，编制程序进行分析计算。第20页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理n n=10=109 98 87 76 65 54 43 32 21 10 01 12 23 34 45 56 67 78 89 9n n=10=10KaKaK KK K9090 120120 第21页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理五、衬砌

31、截面强度检算五、衬砌截面强度检算 按荷载按荷载按荷载按荷载结构模型进结构模型进结构模型进结构模型进行设计，最后要作截面检行设计，最后要作截面检行设计，最后要作截面检行设计，最后要作截面检算。支护结构内力计算结算。支护结构内力计算结算。支护结构内力计算结算。支护结构内力计算结果，可得到衬砌任一截面果，可得到衬砌任一截面果，可得到衬砌任一截面果，可得到衬砌任一截面所受弯矩、轴力及剪力。所受弯矩、轴力及剪力。所受弯矩、轴力及剪力。所受弯矩、轴力及剪力。其中弯矩和轴力是主要的，其中弯矩和轴力是主要的，其中弯矩和轴力是主要的，其中弯矩和轴力是主要的，为一偏心受压杆件。为一偏心受压杆件。为一偏心受压杆件。

32、为一偏心受压杆件。e0 0=M/NQQN NMMh hN Ne e0 0第22页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理(一一一一)极限状态法设计隧道结构截面检算极限状态法设计隧道结构截面检算极限状态法设计隧道结构截面检算极限状态法设计隧道结构截面检算 对于承载能力极限状态对于承载能力极限状态对于承载能力极限状态对于承载能力极限状态 正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态正常使用极限状态 第23页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理式中式中式中式中N Nk k轴力标准值，由各种

33、作用标准值计算得到；轴力标准值，由各种作用标准值计算得到；轴力标准值，由各种作用标准值计算得到；轴力标准值，由各种作用标准值计算得到；scscscsc混凝土衬砌抗压检算时作用效应分项系数；混凝土衬砌抗压检算时作用效应分项系数；混凝土衬砌抗压检算时作用效应分项系数；混凝土衬砌抗压检算时作用效应分项系数；RcRc混凝土衬砌构件抗压检算时抗力分项系数；混凝土衬砌构件抗压检算时抗力分项系数；混凝土衬砌构件抗压检算时抗力分项系数；混凝土衬砌构件抗压检算时抗力分项系数；构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌、明洞拱圈构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌、明洞拱圈构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌、明洞拱圈构件纵向弯曲系数，

34、对于隧道衬砌、明洞拱圈及回填紧密的边墙，可取及回填紧密的边墙，可取及回填紧密的边墙，可取及回填紧密的边墙，可取 1.01.0；对于其他构件，应根据；对于其他构件，应根据；对于其他构件，应根据；对于其他构件，应根据其长细比查得；其长细比查得；其长细比查得；其长细比查得；f fckck混凝土轴心抗压强度标准值；混凝土轴心抗压强度标准值；混凝土轴心抗压强度标准值；混凝土轴心抗压强度标准值；b b、h h截面宽度、厚度；截面宽度、厚度；截面宽度、厚度；截面宽度、厚度；轴向力偏心系数，可由轴向力偏心系数，可由轴向力偏心系数，可由轴向力偏心系数，可由e e0 0/h h值查得。值查得。值查得。值查得。第2

35、4页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理 stst混凝土衬砌构件抗裂检算时的作用效应分项混凝土衬砌构件抗裂检算时的作用效应分项混凝土衬砌构件抗裂检算时的作用效应分项混凝土衬砌构件抗裂检算时的作用效应分项系数；系数；系数；系数；RtRt混凝土衬砌抗裂检算时的抗力分项系数；混凝土衬砌抗裂检算时的抗力分项系数；混凝土衬砌抗裂检算时的抗力分项系数；混凝土衬砌抗裂检算时的抗力分项系数；e e0 0检算截面偏心距；检算截面偏心距；检算截面偏心距；检算截面偏心距；f fctkctk混凝土轴心抗拉强度标准值。混凝土轴心抗拉强度标准值。混凝土轴心抗拉强度标

36、准值。混凝土轴心抗拉强度标准值。混凝土衬砌构件抗压检算各分项系数混凝土衬砌构件抗压检算各分项系数混凝土衬砌构件抗压检算各分项系数混凝土衬砌构件抗压检算各分项系数 分项系数分项系数分项系数分项系数深埋隧道深埋隧道深埋隧道深埋隧道偏压隧道偏压隧道偏压隧道偏压隧道明洞衬砌明洞衬砌明洞衬砌明洞衬砌作用效应作用效应作用效应作用效应 scscscsc3.953.951.601.602.672.67抗力抗力抗力抗力 RcRc1.851.851.831.831.351.35第25页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理混凝土衬砌构件抗裂检算各分项系数混凝土

37、衬砌构件抗裂检算各分项系数混凝土衬砌构件抗裂检算各分项系数混凝土衬砌构件抗裂检算各分项系数分项系数分项系数分项系数分项系数深埋隧道深埋隧道深埋隧道深埋隧道偏压隧道偏压隧道偏压隧道偏压隧道明洞衬砌明洞衬砌明洞衬砌明洞衬砌作用效应作用效应作用效应作用效应 stststst3.103.101.401.401.521.52抗力抗力抗力抗力 RtRt1.451.452.512.512.702.70第26页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理(二二二二)按破损阶段法及允许应力法设计隧道结构截面检算按破损阶段法及允许应力法设计隧道结构截面检算按破损阶段

38、法及允许应力法设计隧道结构截面检算按破损阶段法及允许应力法设计隧道结构截面检算抗压强度检算抗压强度检算抗压强度检算抗压强度检算 抗裂强度检算抗裂强度检算抗裂强度检算抗裂强度检算 第27页/共30页第五章第五章 隧道支护结构设计计算方法的基本原理隧道支护结构设计计算方法的基本原理式中式中式中式中 K K安全系数；安全系数；安全系数；安全系数；N N轴向力；轴向力；轴向力；轴向力；R Ra a混凝土或砌体的抗压极限强度；混凝土或砌体的抗压极限强度；混凝土或砌体的抗压极限强度；混凝土或砌体的抗压极限强度；R Rl l混凝土的抗拉极限强度混凝土的抗拉极限强度混凝土的抗拉极限强度混凝土的抗拉极限强度。混

39、凝土和砌体结构的强度安全系数混凝土和砌体结构的强度安全系数混凝土和砌体结构的强度安全系数混凝土和砌体结构的强度安全系数 圬工种类混凝土砌体荷载组合主要荷载主要荷载加附加荷载主要荷载主要荷载加附加荷载破坏原因混凝土或砌体达到抗压极限强度2.42.02.72.3混凝土达到抗拉极限强度3.63.0第28页/共30页重点、难点内容重点、难点内容1.1.隧道衬砌结构设计计算方法。隧道衬砌结构设计计算方法。隧道衬砌结构设计计算方法。隧道衬砌结构设计计算方法。2.2.结构力学法的基本原理。结构力学法的基本原理。结构力学法的基本原理。结构力学法的基本原理。3.3.隧道衬砌计算包括的内容。隧道衬砌计算包括的内容。隧道衬砌计算包括的内容。隧道衬砌计算包括的内容。4.4.隧道衬砌结构受力变形特点。隧道衬砌结构受力变形特点。隧道衬砌结构受力变形特点。隧道衬砌结构受力变形特点。5.5.作用在隧道支护结构上的荷载有哪些？作用在隧道支护结构上的荷载有哪些？作用在隧道支护结构上的荷载有哪些？作用在隧道支护结构上的荷载有哪些？6.6.试述弹性支承法的基本思路。试述弹性支承法的基本思路。试述弹性支承法的基本思路。试述弹性支承法的基本思路。7.7.衬砌截面的强度检算。衬砌截面的强度检算。衬砌截面的强度检算。衬砌截面的强度检算。第29页/共30页感谢您的观看！第30页/共30页