隧洞參數(shù)計算表(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上青海大學(xué)公伯峽灌溉工程隧洞工程專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 水力計算一.基本資料：設(shè)計流量Q=2.6m3/s，洞身縱坡i=1/1000，洞身長L=2214.42m，采用混凝土C15（采用C20），其粗糙系數(shù)取n=0.015(采用n=0.014)二 洞身斷面尺寸計算洞內(nèi)水深 當(dāng)為水力最佳斷面時m=0,=2計算得h=0.98m計算特性流量 計算比值根據(jù)比值查表得h/b=0.49計算寬度b=h/0.49=0.98/0.49=22，按公式計算已知h=0.98m，b=2m,則：=bh=0.98x2=1.96(m2)R=/x=bh/(b+2h)=0.49

2、(m)三各部位高程：隧洞進(jìn)口底部高程：1973.80隧洞出口底部高程：1971.58依據(jù)SL279-2002水工隧洞設(shè)計規(guī)范及施工的最小斷面確定其高度為2m，寬度為1.8m應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件及隧洞規(guī)范選擇隧洞襯砌斷面型式（粘土巖為軟巖，應(yīng)采用馬蹄型洞比較好，采用2*2m）設(shè)計荷載設(shè)計組合如下：1. 不考慮巖石彈性抗力：垂直山巖壓力+側(cè)向水平山巖壓力+襯砌自重2. 考慮巖石彈性抗力：垂直山巖壓力+巖石彈性抗力+巖石彈性抗力產(chǎn)生的摩擦力+襯砌自重1 山巖壓力（1） 基本數(shù)據(jù)：根據(jù)資料圍巖屬于類圍巖，查表得，圍巖堅固系數(shù)f=1.5及相應(yīng)的=60。，巖=23kN/m2計算塌落拱高度：計算均布的垂直山巖壓力

3、強(qiáng)度q為：q=0.7h=0.7*23*1.26=20.286kN/m2 由公式計算側(cè)向水平山巖壓力及強(qiáng)度為：e1=0.7htg2(45。-/2)=1.46kN/m2e2=(0.7h+H)tg2(45。-/2)=5.75kN/m2則： e=（e1+e2)/2=3.60kN/m2(2) 按簡化公式計算：當(dāng)f=1.5時，查表得相應(yīng)的q及e系數(shù)分別為0.358及0.062，則：均布的垂直山巖壓力強(qiáng)度q為：Q=0.358B=0.358*23*2.4=19.76kN/m2均布的側(cè)向水平山巖壓力強(qiáng)度為：e=0.062 H=0.062*23*2.6=3.71kN/m2 隧洞襯砌計算（考慮巖石彈性抗力作用）1）

4、 基本數(shù)據(jù)1. 洞身襯砌截面形式及尺寸 洞身為等厚度襯砌的圓拱直墻式襯砌斷面，頂拱為半圓形，洞底采用與側(cè)墻整體連接的平底板，各部位尺寸如下：洞身凈寬B=1.8m；洞身凈高H=2.0m；頂拱內(nèi)半徑r=0.9m；直墻高yh=1.1m；襯砌厚度初步擬定為d=0.4m，地板厚度采用與頂拱及側(cè)墻相同2設(shè)計荷載均布垂直山巖壓力強(qiáng)度為q=20kN/m2;不計側(cè)向山巖壓力及內(nèi)水壓力，考慮巖石彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力作用。抗力系數(shù)在側(cè)面及拱座均采用k=5*105kN/m3。3襯砌材料采用C15混凝土襯砌，混凝土彈性模量為E=220*105kN/m2,混凝土單位容重=24kN/m32） 計算1. 計算基本結(jié)構(gòu)計算矢

5、高：f=H+d/2=2+0.4/2=2.2m計算拱跨：l=B+d=1.8+0.4=2.2m頂拱計算半徑：r=r+d/2=0.9+0.4/2=1.1m計算矢高與頂拱計算半徑的比值m=f/r=2.2/1.1=22剛臂長度c計算： c=Acr根據(jù)m=2查表得Ac=0.，則c=0.*1.1=0.886（m）3形常數(shù)計算根據(jù)m=2查表得：A11=2.A22=1.,Ah1=0.5,Ah2=0.抗彎剛度：EJ=E*bd3/12=220*220*105*1*0.43/12=1.17*10-5(kN.m2)計算得 11=2.42*10-5(kN.m）-1 22=1.16*10-5(m/kN） h1=0.52*1

6、0-5(kN-1) h2=0.49*10-5(kN.m）-14載常數(shù)計算(1) 垂直山巖壓力作用。在垂直山巖壓力作用下，各載常數(shù)值分別按下列公式計算：根據(jù)m=2查表得則：（2） 襯砌自重作用。在襯砌自重作用下，各載常數(shù)值分別按下列公式計算：其中，根據(jù)m=2查表得則：（3） 彈性抗力。在彈性抗力作用下，各載常數(shù)值分別按下列公式計算：其中：為彈性抗力圖中最大抗力值，其值為，根據(jù)m=2查表得則：（4） 摩擦力作用。在摩擦力作用下，各載常數(shù)值分別按下列公式計算：其中：為摩擦系數(shù)，采用=0.3，根據(jù)m=2查表得則：（5） 載常數(shù)總和：5. 多余未知力X1及X2計算。不考慮拱座轉(zhuǎn)角影像，X1及X2值分別按

7、下式計算得：最大抗力點h的變位值按下式計算得：彈性抗禮圖中最大值為：解得：則：6. 各截面彎矩值計算襯砌斷面左半部分全部襯砌段分10個截面，圓拱短各截面按15°傾角均分，直墻段各截面按四等分劃分。各截面彎矩值按下式計算：其中：y為各截面對以拱頂O為坐標(biāo)原點的縱坐標(biāo)；Mp為各種外荷載作用下的彎矩。其值根據(jù)各種荷載值查表數(shù)據(jù)分別計算后疊加求得，其乘數(shù)值按已知荷載值計算如下：圓拱段各截面：直墻段各截面：y-c=y-0.886截面編號位置山巖垂直壓力作用(kN.m)襯砌自重作用(kN.m)彈性抗力作用(kN.m)摩擦力作用(kN.m)合計MP(kN.m)0=00001=15-0.81-0.3

8、9-1.202=30-3.025-1.485-4.513=45-6.05-3.05-9.104=60-9.075-4.73-0.013-0.0025-13.825=75-11.29-6.08-0.096-0.0038-17.476y=r-12.1-6.63-0.295-0.018-19.047y=1.25r-12.1-6.63-0.614-0.040-19.388y=1.5r-12.1-6.63-1.056-0.062-19.859y=1.75r-12.1-6.63-1.598-0.085-20.4110y=2r-12.1-6.63-2.196-0.106-21.03各截面Mp及M值計算分別列

9、于下表； 各截面Mp計算表 各截面彎矩M計算表截面編號位置cosy-C（拱）y-C（直墻）X2（y-C）X2（y-C）合計M0=01-0.886-8.664.551=150.96592-0.849-8.293.722=300.86603-0.739-7.221.483=450.70711-0.564-5.51-1.44=600.50000-0.336-3.28-3.895=750.25882-0.071-0.69-4.956y=r00.2140.2142.09-3.747y=1.25r0.4894.78-1.868y=1.5rh0.7647.460.829y=1.75r1.03910.152.

10、9510y=2r1.31412.845.027. 各截面軸向力計算各軸向力按下式計算： 其中：Np為各種外荷載作用下的軸向力，其值根據(jù)查表分別計算后疊加求得，表中各乘數(shù)值按已知荷載值計算如下： 各截面Np及N值計算分別如下表： 各截面Np計算表截面編號位置山巖垂直壓力作用襯砌自重作用彈性抗力作用摩擦力合計NP0=00001=151.470.722.192=305.52.768.263=45115.860016.864=6016.59.580.011-0.03926.255=7520.5213.350.087-0.14333.816y=r2216.590.269-0.27538.587y=1.2

11、5r2219.230.269-0.41841.088y=1.5r2221.870.269-0.54343.609y=1.75r2224.510.269-0.63146.1510y=2r2227.150.269-0.66548.75 各截面軸向力N計算表截面編號位置cos (kN) 合計N (kN)0=0 19.779.771=150.965929.4411.632=300.866038.4616.723=450.707116.9123.434=600.500004.8930.945=750.258822.5336.346y=r0038.587y=1.25r41.088y=1.5rh43.609

12、y=1.75r46.1510y=2r48.758. 內(nèi)力計算校核 （1）拱頂截面轉(zhuǎn)角總和應(yīng)為零。即 上式積分可按辛普遜公式近似計算：其中：M0，M1,M2為各截面彎矩值，由彎矩值M計算表差得。為圓拱段每相鄰兩截面間弧度長度，其值為： 為直段每相鄰兩截面間長度，其值為： 則： （2） 按下式校核直墻頂點h的變位值： 上式積分也可按辛普遜公式近似計算： 其中為各截面至最大拉力點的垂直距離，其值分別為：其余符號意義同前。則： 愿計算的變位值為： 誤差為： 9.各截面應(yīng)力計算 襯砌截面邊緣應(yīng)力列于下表：截面編號彎矩M軸向力N偏心矩e6e/dN/F外緣應(yīng)力外內(nèi)緣應(yīng)力內(nèi)04.559.770.4666.99

13、24.4195.0-146.213.7211.630.2824.2329.1152.2-94.021.4816.720.0891.3441.897.6-14.03-1.423.43-0.060-0.9058.65.86111.34-3.8930.94-0.126-1.8977.4-68.9223.75-4.9536.34-0.136-2.0490.9-94.5276.36-3.7438.58-0.097-1.4696.5-43.9236.97-1.8641.08-0.045-0.68102.733.4172.080.8243.600.0190.29109.0140.177.992.9546.1

14、50.0640.96115.4226.24.6105.0248.750.1031.56121.9310.2-66.4(1) 彎矩符號以逆時針旋轉(zhuǎn)為正，順時針旋轉(zhuǎn)為負(fù)。(2) 偏心距e為正時，表示軸向力偏向截面重心外側(cè)，為負(fù)時，表示軸向力偏向截面重心內(nèi)側(cè)。(3) 軸向力N及邊緣應(yīng)力均以壓力為正，拉力為負(fù)。10. 應(yīng)力驗算 由應(yīng)力計算表結(jié)果知，各截面壓應(yīng)力值均遠(yuǎn)小于C15混凝土的允許壓應(yīng)力值；在拱頂內(nèi)援及截面5，出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力值，而以拱頂內(nèi)緣拉應(yīng)力值為最大，其值為146.2，對于C15混凝土，邊緣允許拉應(yīng)力值為767，故原擬定的襯砌厚度要減薄。如將襯砌厚度改為0.2m，仍采用原計算的M及N值，計

15、算拱頂內(nèi)緣拉應(yīng)力值為： 上述拉應(yīng)力小于允許值，滿足要求。 隧洞襯砌計算（不考慮巖石彈性抗力作用）一）基本數(shù)據(jù) 1.洞身襯砌截面形式及尺寸 洞身為等厚度襯砌的圓拱直墻式襯砌斷面，頂拱為半圓形，洞底采用與側(cè)墻整體連接的平底板，各部位尺寸如下：洞身凈寬B=1.8m；洞身凈高H=2.05m；頂拱內(nèi)半徑r=0.9m；直墻高yh=1.15m；襯砌厚度初步擬定為d=0.5m，地板厚度采用與頂拱及側(cè)墻相同2設(shè)計荷載均布垂直山巖壓力強(qiáng)度為q=20kN/m2;均布側(cè)向水平山巖壓力強(qiáng)度e=5kN/m2，不考慮巖石彈性抗力、相應(yīng)的摩擦力及內(nèi)水壓力作用。3襯砌材料采用C15混凝土襯砌，混凝土彈性模量為E=220*105

16、kN/m2,混凝土單位容重=24kN/m3二）計算1.計算基本結(jié)構(gòu)計算矢高：f=H+d/2=2.05+0.5/2=2.3m計算拱跨：l=B+d=1.8+0.5=2.3m頂拱計算半徑：r=r+d/2=0.9+0.5/2=1.15m計算矢高與頂拱計算半徑的比值m=f/r=2.3/1.15=22剛臂長度c計算： c=Acr根據(jù)m=2查表得Ac=0.，則c=0.*1.15=0.926（m）3形常數(shù)計算 4. 載常數(shù)計算各載常數(shù)按不同荷載分別作用疊加求得，因本計算的比值m=2與上節(jié)相同，因此除矩形側(cè)向山巖壓力的計算系數(shù)另查表取外，其余各系數(shù)均直接引用上節(jié)的各計算系數(shù)值。（1） 垂直山巖壓力作用： （2）

17、 襯砌自重作用。 (3) 矩形水平山巖壓力作用： (4) 載常數(shù)總和： 5. 多余未知力X1及X2計算： 6. 各截面彎矩值計算 各截面彎矩值按下式計算： 其中：y為各截面對以拱頂O為坐標(biāo)原點的縱坐標(biāo)；Mp為各種外荷載作用下的彎矩。其值根據(jù)各種荷載值查表數(shù)據(jù)分別計算后疊加求得，其乘數(shù)值按已知荷載值計算如下： 圓拱段各截面： 直墻段各截面： y-c=y-0.926各截面Mp及M值計算分別列于下表 各截面Mp計算表截面編號位置山巖垂直壓力作用(kN.m)襯砌自重作用(kN.m)矩形側(cè)向山巖壓力作用(kN.m)合計MP(kN.m)0=000001=15-0.89-0.53-0.0038-1.422=

18、30-3.31-2.03-0.058-5.403=456.61-4.17-0.28-11.064=60-9.92-6.44-0.83-17.195=75-12.34-8.30-1.82-22.466y=r-13.23-9.06-3.30-25.597y=1.25r-13.23-9.06-5.16-27.458y=1.5r-13.23-9.06-7.44-29.739y=1.75r-13.23-9.06-10.12-32.4110y=2r-13.23-9.06-13.22-32.51 各截面彎矩M計算表截面編號位置cosy-C（拱）y-C（直墻）X2（y-C）X2（y-C）合計M0=01-0.9

19、26-14.014.811=150.96592-0.887-13.423.982=300.86603-0.772-11.681.743=450.70711-0.589-8.91-1.154=600.50000-0.351-5.31-3.685=750.25882-0.074-1.12-4.766y=r00.2240.2243.39-3.387y=1.25r0.5127.75-0.888y=1.5rh0.79912.091.189y=1.75r1.08716.452.8610y=2r1.37420.797.107. 各截面軸向力計算 各截面軸向力按下式計算： 其中：Np為各種外荷載作用下的軸向力

20、，其值根據(jù)查表分別計算后疊加求得，表中各乘數(shù)值按已知荷載值計算如下： 各截面Np及N值計算如下表 各截面Np計算表截面編號位置山巖垂直壓力作（kN）襯砌自重作用（kN）矩形側(cè)向山巖壓力作用（kN）合計NP（kN）0=000001=151.540.94-0.192.292=305.753.61-0.678.693=4511.57.66-1.1917.974=6017.2514.33-1.4430.145=7521.4617.45-1.1037.816y=r2321.68044.687y=1.25r2325.13048.138y=1.5r2328.58051.589y=1.75r2332.0305

21、5.0310y=2r2335.48058.48 各截面軸向力N計算表截面編號位置cos (kN) 合計N (kN)0=0 115.1315.131=150.9659214.6316.922=300.8660313.1021.793=450.7071110.7028.674=600.500007.5737.715=750.258823.9241.736y=r0044.687y=1.25r48.138y=1.5rh51.589y=1.75r55.0310y=2r58.488. 內(nèi)力計算校核 拱頂截面轉(zhuǎn)角總和應(yīng)為零。即 上式積分可按辛普遜公式近似計算：其中：M0，M1,M2為各截面彎矩值，由彎矩值M

22、計算表差得。為圓拱段每相鄰兩截面間弧度長度，其值為： 為直段每相鄰兩截面間長度，其值為： 則： 上述驗算表明各截面彎矩計算無誤。9. 各截面應(yīng)力計算 襯砌截面邊緣應(yīng)力列于下表：截面編號彎矩M軸向力N偏心矩e6e/dN/F外緣應(yīng)力外內(nèi)緣應(yīng)力內(nèi)04.8115.130.3183.8130.26195.0-85.013.9816.920.2352.8233.84129.3-61.521.7421.790.0520.6343.5871.016.13-1.1528.67-0.040-0.4857.3429.884.94-3.6837.71-0.030-0.3675.4248.3102.575-4.7641

23、.73-0.114-1.3783.46-30.9197.86-3.3844.68-0.076-0.9189.368.0170.77-0.8848.13-0.018-0.2296.2675.1117.481.1851.580.0230.28103.16132.074.392.8655.030.0520.62110.06178.341.8107.1058.480.1211.45116.96286.6-52.6（1）彎矩符號以逆時針旋轉(zhuǎn)為正，順時針旋轉(zhuǎn)為負(fù)。（2）偏心距e為正時，表示軸向力偏向截面重心外側(cè)，為負(fù)時，表示軸向力偏向截面重心內(nèi)側(cè)。（3）軸向力N及邊緣應(yīng)力均以壓力為正，拉力為負(fù)。10.應(yīng)力驗算 由應(yīng)力計算表結(jié)果知，各截面壓應(yīng)力值均遠(yuǎn)小于C15混凝土的允許壓應(yīng)力值；最大拉應(yīng)力值出現(xiàn)在拱頂截面內(nèi)緣，其值為85.0，對于C15混凝土，邊緣允許拉應(yīng)力值為767，故原擬定的襯砌厚度要減薄。如將襯砌厚度改為0.3m，仍采用原計算的M及N值，計算拱頂內(nèi)緣拉應(yīng)力值為：上述拉應(yīng)力小于允許值，滿足要求。結(jié)論：本隧洞采用襯砌厚度為*m。 鋼筋混凝土襯砌計算一)基本數(shù)據(jù)洞身凈寬B=1.8m；洞身凈高H=2.05m；頂拱內(nèi)半徑r=0.9m；