新奥法隧道结构设计隧道工程(7)隧道结构计算与设计.pptx

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1、引言
⑴隧道结构构与地面结构构的区别
隧道道结结构构工工程程特特性性、、设设计计原原则则和和方方法法与与地地面面结结构构完完全全不不同同
●隧道道结结构构是是由由周周边边围围岩岩和和支支护护结结构构两两者者组组成成共共同同的的并并相相互互作作用用的的结结构构体体系系;;;;
●周边边围围岩岩在在很很大大程程度度上上是是隧隧道道结结构构承承载载的的主主体体;;
●隧道道衬衬砌砌的的设设计计计计算算必必须须结结合合围围岩岩自自承承能能力力进进行行;;
●对不不同同型型式式衬衬砌砌结结构构物物应应该该用用不不同同方方法法进进行行强强度度计计算算。。
⑵隧道道结结构构计计算算的的简简化化问问题题
●在十十九九
●弹性抗力:衬砌在受力过程中的变形,一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势,另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”,在抗力区内,约束着衬砌变形的围岩,相应地产生被动抵抗力
●进入本世纪后,通过长期观测,发现围岩不仅对衬砌施加压力,同时还约束着衬砌的变形。围岩对衬砌变形的约束,对改善衬砌结构的受力状态有利,不容忽视。
⑶局部部变变形形理理论论和和共共同同变变形形理理论论
●局部部变变形形理理论论::是是以以温温克克尔尔()假定定为为基基础础的的。。它它认认为为应应力力和和变变形形之之间间呈呈直直线线关关系系,,即即围围岩岩弹弹性性抗抗力力系系数数
●共同同变变形形理理论论把把围围岩岩视视为为弹弹性性半半无无限限体体,,考考虑虑相相邻邻质质点点之之间间变变形形的的相相互互影影响响。。它它用用纵纵向向变变形形系系数数E和横横向向变变形形系系数数表表示示地地层层特特征征,,并并考考虑虑粘粘结结力力C和内内摩摩擦擦角角的的影影响响。。
2、隧隧道道结结构构体体系系的的计计算算模模型型
经过过总总结结,,国国际际隧隧道道协协会会(ITA)认为为,,目目前前采采用用的的地地下下结结构构设设计计方方法法可可以以归归纳纳为为以以下下4种设计模型::
●以参照过去隧隧道工程实践践经验进行工工程类比为主主的经验设计计法;
●以现场量测和和实验室试验验为主的实用用设计方法
●作用与反作用用模型,即荷荷载—结构模型
●连续介质模型型,包括解析析法和数值法法。数值计算算法目前主要要是有限单元元法。
从各国的地下下结构设计实实践看,目前前,在设计隧隧道的结构体体系时,主要要采用两类计计算模型
●一类是以支护护结构作为承承载主体,围围岩作为荷载载同时考虑其其对支护结构构的变形约束束作用的模型型,即结构力力学模型,又又称为荷载一一结构模型;;
●另一类则相反反,视围岩为为承载主体,,支护结构则则为约束围岩岩变形的模型型,即岩体体力学模型或或称为围岩—结构模型或复复合整体模型型。

1、基本荷载
围岩压力与结结构自重力是是隧道结构计计算的基本荷荷载
2、隧道结构上上的荷载及其其类型
作用在衬砌上上的荷载,按按其性质也可可以区分为主主动荷载与被被动荷载。
●主动荷载是主主动作用于结结构、并引起起结构变形的的荷载;
●被动荷载是因因结构变形压压缩围岩而引引起的围岩被被动抵抗力,,即弹性抗力力,它对结构构变形起限制制作用。
编号
荷载类型
荷载名称
1
永久荷载
(恒载)
围岩压力
2
结构自重力
3
填土压力
4
混凝土收缩和徐变影响力
5
可
变
荷
载
基本
可变
荷载
公路车辆荷载,人群荷载
6
立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力
7
立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力
8
其它
可变
荷载
立交渡槽流水压力
9
温度变化的影响力
10
冻胀力
11
偶然
荷载
落石冲击力
12
地震力
13
施工荷载
表作用在隧隧道结构上的的荷载

拱圈直接支承承在坑道围岩岩侧壁上时,,称为半衬砌砌
●适合于坚硬和和较完整的围围岩(Ⅱ、Ⅲ级)中
●用先拱后墙法法施工时,在在拱圈已作好好,但马口尚尚未开挖前,,拱圈也处于于半衬砌工作作状态
1、计算图式、、基本结构及及正则方程
⑴在垂直荷荷载作用下拱拱圈向坑道内内变形,为自自由变形,不不产生弹性抗抗力;
⑵拱脚产生生角位移和线线位移,并使使拱圈内力发发生改变,计计算中除按固固端无铰拱考考虑外,还必必须考虑拱脚脚位移的影响响
⑶假定拱脚脚没有径向位位移,只有切切向位移;
⑷对称的垂垂直分位移对对拱圈内力不不产生影响;;
⑸拱脚的转转角和和切向位移的的水平分位移移是必必须考虑的