隧道襯砌設(shè)計與計算ppt課件.ppt

《隧道襯砌設(shè)計與計算ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第5章隧道襯砌結(jié)構(gòu)計算5.1概述一、簡況1.隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的發(fā)展歷史（1）最初的隧道襯砌使用磚石材料，其結(jié)構(gòu)型式通常為拱形。采用的截面厚度常常很大，所以結(jié)構(gòu)變形很小，可以忽略不計。因為構(gòu)件的剛度很大，故將其視為剛性體，計算時按靜力學(xué)原理確定其承載時壓力線位置，檢算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。（2）在十九世紀(jì)末，混凝土已經(jīng)是廣泛使用的建筑材料，它具有整體性好，可以在現(xiàn)場根據(jù)需要進(jìn)行模注等特點。這時，隧道襯砌結(jié)構(gòu)是作為超靜定彈性拱計算的，但僅考慮作用在襯砌上的圍巖壓力，而未將圍巖的彈性抗力計算在內(nèi)，忽視了圍巖對襯砌的約束作用。其計算原理和地面結(jié)構(gòu)一樣。由于把襯砌視為自由變形的彈性結(jié)構(gòu)，因

2、而，通過計算得到的襯砌結(jié)構(gòu)厚度很大，過于安全。（3）考慮彈性抗力的計算模型，進(jìn)入本世紀(jì)后，通過長期觀測，發(fā)現(xiàn)圍巖不僅對襯砌施加壓力，同時還約束著襯砌的變形。圍巖對襯砌變形的約束，對改善襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)有利，不容忽視。2、彈性抗力的確定襯砌在受力過程中的變形，一部分結(jié)構(gòu)有離開圍巖形成“脫離區(qū)”的趨勢，另一部分壓緊圍巖形成所謂“抗力區(qū)’(如圖5-1所示)。在抗力區(qū)內(nèi)，約束著襯砌變形的圍巖，相應(yīng)地產(chǎn)生被動抵抗力，即“彈性抗力”彈性抗力因圍巖性質(zhì)、圍巖壓力大小和結(jié)構(gòu)變形的不同而異。但是對這個問題有不同的見解，即局部變形理論和共同變形理論。圖5-1局部變形理論圖5-2獨立的彈

3、簧共同變形理論共同變形理論把圍巖視為彈性半無限體，考慮相鄰巖柱之間變形的相互影響，即考慮獨立巖柱之間的聯(lián)系。它用縱向變形系數(shù)E和橫向變形系數(shù)μ表示地層特征，并考慮粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角φ的影響。但這種方法所需圍巖物理力學(xué)參數(shù)較多，計算相對復(fù)雜。5-3聯(lián)合的彈簧國際隧道協(xié)會(ITA)在1987年成立了隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計模型研究組，收集和匯總了各會員國采用的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。經(jīng)過總結(jié)，國際隧道協(xié)會認(rèn)為，目前采用的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可以納為以下4種設(shè)計模型:以參照過去隧道工程實踐經(jīng)驗進(jìn)行工程類比為主的經(jīng)驗設(shè)計法;以現(xiàn)場量測和試驗為主的實用設(shè)計方法;荷載一結(jié)構(gòu)模型。將圍巖對結(jié)構(gòu)的作用簡化

4、為荷載作用于結(jié)構(gòu)上進(jìn)行計算;連續(xù)介質(zhì)模型，將圍巖和結(jié)構(gòu)作為整體進(jìn)行計算。包括解析法和數(shù)值法，數(shù)值計算法前主要是有限單元法，也可利用各種有限元軟件來計算。從各國的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐看，主要采用上述后兩類計算模型，荷載-結(jié)構(gòu)計算模型主要適用于圍巖因過分變形而發(fā)生松弛和崩塌，支護(hù)結(jié)構(gòu)主動承擔(dān)圍巖“松動”壓力的情況。利用這類模型進(jìn)行隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵問題，是如何確定作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動荷載，其中最主要的是圍巖所產(chǎn)生的松動壓力，以及彈性支承給支護(hù)結(jié)構(gòu)的彈性抗力。一旦這兩個問題解決了，剩下的就只是運用普通結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求出超靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移了。屬于這一類模型的計算方法有:彈

5、性連續(xù)框架(含拱形)法、假定抗力法和彈性地基梁(含曲梁和圓環(huán))法等都可屬于荷載-結(jié)構(gòu)法。3.隧道襯砌荷載及其類型（1）荷載類型作用在襯砌上的荷載，按其性質(zhì)可以區(qū)分為主動荷載與被動荷載兩大類。主動荷載是主動作用于結(jié)構(gòu)、并引起結(jié)構(gòu)變形的荷載；主動荷載包括主要荷載(指長期及經(jīng)常作用的荷載，有圍巖壓力、回填士荷載、襯砌自重、地下靜水壓力等)和附加荷載(指非經(jīng)常作用的荷載，有灌漿壓力、凍脹壓力、混凝士收縮應(yīng)力、溫差應(yīng)力以及地震力等)，計算時應(yīng)根據(jù)這兩類荷載同時存在的可能性進(jìn)行組合。在一般情況下可僅按主要荷載進(jìn)行計算。特殊情況下才進(jìn)行必要的組合，并選用相應(yīng)的安全系數(shù)檢算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

6、被動荷載主要指圍巖的彈性抗力，它只產(chǎn)生在被襯砌壓縮的那部分周邊上。其分布范圍和圖式一般可按工程類比法假定，通?？勺骱喕幈粍雍奢d是因結(jié)構(gòu)變形壓縮圍巖而引起的圍巖被動抵抗力，即彈性抗力，它對結(jié)構(gòu)變形起限制作用?！豆匪淼涝O(shè)計規(guī)范》JTGD70-2004中在對隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算時，《列出了荷載類型，（如表5-1所示）并按其可能出現(xiàn)的最不利組合考慮。表5-1作用在隧道結(jié)構(gòu)上的荷載（2）荷載組合：結(jié)構(gòu)自重＋圍巖壓力＋附加恒載（基本）結(jié)構(gòu)自重＋土壓力＋公路荷載＋附加恒載結(jié)構(gòu)自重＋土壓力＋附加恒載＋施工荷載＋溫度作用力結(jié)構(gòu)自重＋土壓力＋附加恒載＋地震作用附加恒載：伴隨隧道運營的各種

7、設(shè)備設(shè)施的荷載等。4.襯砌計算的有關(guān)規(guī)定（1）深埋隧道中的整體襯砌、淺埋隧道中的整體或復(fù)合式襯砌及明洞襯砌等應(yīng)采用荷載結(jié)構(gòu)法計算。深埋隧道中復(fù)合式襯砌的二次襯砌也可采用荷載結(jié)構(gòu)法計算。荷載結(jié)構(gòu)法的設(shè)計原理認(rèn)為，隧道開挖后地層的作用主要是對襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生荷載，襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)能安全可靠地承受地層壓力等荷載的作用。計算時先按地層分類法或由實用公式確定地層壓力，然后按彈性地基上結(jié)構(gòu)物的計算方法計算襯砌內(nèi)力，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)截面設(shè)計。表5-2各級圍巖彈性抗力系數(shù)表注：（1）采用荷載結(jié)構(gòu)法計算隧道襯砌的內(nèi)力和變形時，應(yīng)通過考慮彈性抗力等體現(xiàn)圍巖對襯砌變形的約束作用。彈性抗力