《隧道衬砌计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道衬砌计算（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章 隧道衬砌结构检算结构检算一般规定为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构 件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。隧道结构计算方法本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对 衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按 地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬 砌结构的内力，并进行结构截面设计。隧道结构计算模型本隧道衬砌结构验算采用荷载结构法进行验算，计算软件为。取单位长度（lm）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： 衬
2、砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3）,梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 围岩的约束采用弹簧单元（C0MBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单 元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时 通过多次迭代，逐步杀死受拉的 COMBINl4 单元，只保留受压的 COMBINl4 单元。图 5-l 受拉弹簧单元的迭代处理过程 衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元 节点上。 衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 衬砌结构单元划分长度小于。隧道结构计算模型及荷载施加后如图 5
3、-2所示。结构检算及配筋本隧道主要验算明洞段、V级围岩段和W级围岩段衬砌结构。根据隧道规范 深、浅埋判定方法可知，V级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。W级围岩 段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变 形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，V级围岩深埋段，所受内 力均较大，故对此工况进行结构检算。材料基本参数(1) V级围岩围岩重度丫= 185kN/m3，弹性抗力系数k二300MPa/m，计算摩擦角申=45。，泊松比u=。0(2) C25钢筋混凝土容重丫= 25kN / m3，截面尺寸 bx h = 1.0mx 0.6m，弹性模量 E = 29.5G
4、Pa。轴心抗压强度： f =12.5MP ；弯曲抗压强度： f =13.5MP ；轴心抗拉强度: cdacmdaf = 1.33MP ;泊松比 u=；cda(3) HPB235钢筋物理力学参数密度：p = 7800kg / m3 ；抗拉抗压强度：f = f = 188MP ；弹性模量： sstd scdaE = 210 GP ； sa结构内力图和变形图(V级围岩深埋段)结构安全系数从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。(1) 配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算：KN
5、pa R bh (式 5-1)a式中：R混凝土或砌体的抗压极限强度（C25取19MP ）；aaK安全系数；N 轴向力；h截面厚度（m）；b 截面宽度，取 1m；申构件纵向弯曲系数，取1；a轴向力偏心系数系数；按抗裂要求，混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度应按下式计算KN 2a，按下式进行强度检算:KN R bx + R (A - A )bg s s否则x 2a，按下式进行强度检算：KNe R A (h -a)(式 5-7)g s 02) 小偏心受压构件按下式进行强度检算:KNe 0.5R bh2 + R A (h - a)(式 5-8)a 0 g s 0如果轴向力N位于钢筋A的重心与钢筋As
6、的重心之间的情况下，还应符合 s下列式子:KNe 0.5R bh2 + R A (h - a)(式 5-9)a 0 g s 0根据以上步骤求得检算截面受力的相关参数如下表 5-2:表 5-2 检算截面相关参数截面81147偏心距e0 (cm)受压区咼度h (mm)极限承载力N (KN)554046506160安全系数K结论公路隧道设计规范中钢筋混凝土结构的强度安全系数，见表 5-3表 5-3 钢筋混凝土结构的强度安全系数荷载组合破坏原因 永久荷载+基本可变荷载永久荷载+基本可变荷载+其它 可变荷载钢筋达到计算强度或 混凝土达到抗压 或抗剪极限强度2. 01. 7混凝土达到抗压 极限强度2. 42. 0通过比较表5-2和表5-3可知，V级围岩二次衬砌所配钢筋符合要求，比较经济合理。
