鐵爐子隧道結(jié)構(gòu)計算

1、裝訂線畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙二次襯砌內(nèi)力計算一、基本資料 鐵爐子溝二級公路隧道，結(jié)構(gòu)斷面如附圖1所示，圍巖級別為V級，容重, 圍巖的彈性抗力系數(shù) ，,襯砌材料為C25混凝土，彈性模量，容重,荷載按松散壓力的42%計。 附圖1 襯砌結(jié)構(gòu)斷面二、荷載確定 1.圍巖豎向均布壓力： 式中：圍巖級別，此處5； 圍巖容重，此處 跨度影響系數(shù)，其中毛洞跨度11.7+2×0.06=11.82m，其中0.06m為一側(cè)平均超挖量，時，此處1+0.1×(11.82-5）=1.682。式中：q=0.45圍巖豎向均布壓力q按松散壓力的42%計：q=240.997×0.42=101.219k

2、Pa此處超回填層重忽略不計。2.圍巖水平均布壓力:e=0.4q=0.4×101.219=40.487kPa。三、襯砌幾何要素1.襯砌幾何尺寸內(nèi)輪廓線半徑: R1=5.40m R4=7.64m r=1.00m截面厚度恒為: d=0.45,m外輪廓半徑: R3=5.85m R2=8.09m =1.45m 內(nèi)徑R1,R4所畫曲線的終點截面與豎直軸的夾角: 拱軸線半徑：5.625m m 拱軸線各段圓弧中心角： 90 º 14.2762º2.半拱軸線長度及分段軸長分段軸線長度：m, m , 半拱軸線長度：9.00636m.將半拱軸線等分為8段，每段軸長為： =1.12579

3、5m .襯砌結(jié)構(gòu)計算圖示 附圖2由上圖量接縫中心點坐標(biāo)： 幾何要素表 附表1接縫中心點坐標(biāo)截面與豎直軸夾角（度)xy0000113.77481.33930.1618227.54962.60170.6378341.32433.71431.4007455.09914.61132.4066568.87395.24693.5976682.64875.57884.9053794.54015.60036.18518905.38217.5645四、計算位移1、單位位移用辛普生法近似計算，按計算列表進行。單位位移的計算見附表2 單位位移計算表 附表2 截面asinacosaxy000100113.77480.

4、2381 0.9712 1.33930.1618227.54960.4625 0.8866 2.60170.6378341.32430.6603 0.7510 3.71431.4007455.09910.8201 0.5722 4.61132.4066568.87390.9328 0.3604 5.24693.5976682.64870.9918 0.1280 5.57884.9053794.54010.9969 -0.0792 5.60036.18518901.0000 0.0000 5.38217.5645dI1/Iy/Iy*y/I(1+y)*(1+y)/I積分系數(shù)1/30.450.007

5、59 131.6872 0.0000 0.0000 131.6872 10.450.00759 131.6872 21.3070 3.4475 177.7487 40.450.00759 131.6872 83.9901 53.5689 353.2364 20.450.00759 131.6872 184.4543 258.3652 758.9611 40.450.00759 131.6872 316.9185 762.6961 1528.2204 20.450.00759 131.6872 473.7580 1704.3919 2783.5952 40.450.00759 131.6872

6、645.9654 3168.6542 4592.2723 20.450.00759 131.6872 814.4988 5037.7563 6798.4411 40.450.00759 131.6872 996.1481 7535.3627 9659.3462 11053.4979 3021.9896 14507.0148 21604.4919 單位位移值計算如下：ds×1053.4979=40.2042×10-6.×3021.9896=115.3268×10-6.×14507.0148=553.6246×10-6.計算精度校核為：4

7、0.2024×10-6+2×115.3268×10-6+553.6246×10-6=824.4806×10-6×21604.4919=824.4823×10-6.閉合差0。2、載位移主動荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移 砌塊受力示意圖 附圖3(1)每一砌塊上的作用力 豎向力： =q式中：襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度,由附圖2量得，結(jié)果見附表3.水平壓力： 。式中：襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度，由附圖2量得，結(jié)果見附表3. 自重力: 式中： di接縫i的襯砌截面厚度。 注：計算G8時應(yīng)使第八個砌塊的面積乘以. G8的

8、面積量得為0.4860m2，所以G8= 0.4860×=11.1780 外荷載計算表 附表3截面qbiehiQGE000000001101.2187 1.3929 40.4875 0.1683 140.9876 13.9666 6.8140 2101.2187 1.3128 40.4875 0.4951 132.8799 13.9666 20.0454 3101.2187 1.1572 40.4875 0.7934 117.1303 13.9666 32.1228 4101.2187 0.9350 40.4875 1.0430 94.6395 13.9666 42.2285 5101

9、.2187 0.6590 40.4875 1.2387 66.7031 13.9666 50.1519 6101.2187 0.3451 40.4875 1.3599 34.9306 13.9666 55.0589 7101.2187 0.0002 40.4875 1.4036 0.0202 13.9666 56.8282 8101.2187 0.0000 40.4875 1.3399 0.0000 13.6505 54.2492 (2)外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力楔塊上各集中力對下一接縫的力臂由附圖2中量得，分別計為。內(nèi)力按下式計算：彎矩 QGE 軸力 =+ 式中：相鄰兩接縫中心點的坐標(biāo)增值

10、，按下式計算： 的計算見附表4及附表5. 載位移計算表 附表4截面集中力力臂QGEaqagae00000001140.9876 13.9666 6.8140 0.64290.66480.30272132.8799 13.9666 20.0454 0.55230.61680.4473117.1303 13.9666 32.1228 0.430.53340.5657494.6395 13.9666 42.2285 0.28290.41920.6518566.7031 13.9666 50.1519 0.11960.2810.7004634.9306 13.9666 55.0589 -0.05060

11、.12660.708870.0202 13.9666 56.8282 -0.2124-0.02470.669380.0000 11.1780 54.2492 0-0.13710.6145 0000000000-90.6409 -9.2850 -2.0626 001.33930.161800-101.9885-73.3896 -8.6146 -8.9603 154.9541 6.8140 1.26240.476-195.6141 -3.2435 -391.81054-50.3660 -7.4498 -18.1719 301.8007 26.8594 1.11260.7629-335.7834 -

12、20.4910 -824.07266-26.7735 -5.8548 -27.5245 432.8976 58.9822 0.8971.0059-388.3091 -59.3302 -1331.8647-7.9777 -3.9246 -35.1264 541.5036 101.2106 0.63561.191-344.1797 -120.5419 -1843.6151.7675 -1.7682 -39.0258 622.1734 151.3625 0.33191.3077-206.4993 -197.9367 -2287.07750.0043 0.3450 -38.0351 671.0705

13、206.4214 0.02151.2798-14.4280 -264.1781 -2603.36950.0000 1.5325 -33.3361 685.0573 263.2497 -0.21821.3794149.4795 -363.1266 -2848.8202696.2353 317.4988 載位移計算表 附表5截面sinacosa(Q+G)Esina(Q+G)cosaE0010000010.2381 0.9712 154.9541 6.8140 36.8956 6.6181 30.2775 20.4625 0.8866 301.8007 26.8594 139.5877 23.813

14、8 115.7739 30.6603 0.7510 432.8976 58.9822 285.8510 44.2947 241.5563 40.8201 0.5722 541.5036 101.2106 444.1104 57.9085 386.2018 50.9328 0.3604 622.1734 151.3625 580.3567 54.5543 525.8024 60.9918 0.1280 671.0705 206.4214 665.5545 26.4122 639.1423 70.9969 -0.0792 685.0573 263.2497 682.9078 -20.8380 70

15、3.7458 81.0000 0.0000 696.2353 317.4988 696.2353 0.000000 696.2353 基本結(jié)構(gòu)中，主動荷載產(chǎn)生彎矩的校核:-101.219×(11.6044/2)×(5.382111.6044÷4)=-1457.0736=-1244.2789-160.4687 (見附表6)-1457.0736-1244.2789-160.4687=-2861.8212另一方面，從附表4中得到-2848.8202閉合差=0.4543% 計算表 附表6截面GiX8Xi-Gi(X8-Xi+)113.96665.38211.33930.66

16、48-65.7491213.96665.38212.60170.6168-47.4473313.96665.38213.71430.5334-30.7432413.96665.38214.61130.4192-16.6202513.96665.38215.24690.281-5.8129613.96665.38215.57880.12660.9791713.96665.38215.6003-0.02473.3925811.17805.38215.3821-0.13711.5325-160.4687(3)主動荷載位移 主 動 荷 載 位 移 計 算 表 附表7截面1/Iy/I(1+y)積分系數(shù)1

17、/300.0000 131.6872 0.0000 100011-101.9885 131.6872 21.3070 1.1618-13430.5839 -2173.0685 -15603.6524 42-391.8105 131.6872 83.9901 1.6378-51596.4500 -32908.2158 -84504.6658 23-824.0727 131.6872 184.4543 2.4007-108519.8559 -152003.7621 -260523.6180 44-1331.8647 131.6872 316.9185 3.4066-175389.5953 -422

18、092.6001 -597482.1954 25-1843.6150 131.6872 473.7580 4.5976-242780.5722 -873427.3864 -1116207.9586 46-2287.0775 131.6872 645.9654 5.9053-301178.9270 -1477372.9908 -1778551.9178 27-2603.3695 131.6872 814.4988 7.1851-342830.5498 -2120441.2334 -2463271.7832 48-2848.8202 131.6872 996.1481 8.5645-375153.

19、2735 -2837846.9371 -3213000.2105 1-1420576.4884 -6431592.1174 -7852168.6058 -×1420576.4884 54212.81×10-6×6431592.1174 245445.91×10-6×7852168.6058 299658.72×10-6閉合差=0。3、 載位移單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移（1）各接縫處的抗力強度抗力上零點假設(shè)在接縫3，41.3243°； 最大抗力值假定在接縫5，=67.8739°； 最大抗力值以上各截面抗力強

20、度按下式計算： 查附表2，算得： 最大抗力值以下各截面抗力強度按下式計算：式中：所考察截面外緣點到點的垂直距離； 墻角外緣點到點的垂直距離。由附圖2中量得： 1.3599m 2.7635m 4.1034m 則： 按此比例將所求得的抗力繪于附圖2上。（2） 各楔塊上抗力集中力按下式近似計算： 式中：楔塊外緣長度。（3）抗力集中力與摩擦力的合力按下式計算： 式中：圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取，則Ri=1.0198.其作用方向與抗力集中力的夾角，的作用點即為與襯砌外緣的交點。將的方向線延長，使之交于豎直軸，量取夾角，將分解為水平和豎直兩個分力： 以上計算列入附表8。 彈性抗力及摩擦力計算表 附表8

21、截面30.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 40.5451 0.2725 1.4064 0.3909 61.7083 0.8805 0.4740 0.3442 0.1853 51.0000 0.7725 1.4064 1.1081 74.0604 0.9616 0.2746 1.0655 0.3043 60.8902 0.9451 1.4064 1.3555 86.9166 0.9986 0.0538 1.3536 0.0729 70.5464 0.7183 1.3916 1.0194 100.1280 0.9844 -

22、0.1758 1.0035 -0.1793 80.0000 0.2732 1.3475 0.3755 109.0822 0.9451 -0.3269 0.3548 -0.1227 （4） 計算單位抗力及其相應(yīng)摩擦角在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力 彎矩： 軸力： 式中：力至接縫中心點的力臂，由附圖2量得。計算見附表9及附表10。 計算表 附表9 截面40.4997-0.1953 -0.1953 51.8493-0.7229 0.6388-0.7078 -1.4307 63.1577-1.2344 1.9873-2.2020 0.7285 -0.9875 -4.4239 74.2279-1.6527 3.

23、2839-3.6387 2.0700 -2.8059 0.7753 -0.7904 -8.8877 85.4061-2.1133 4.4902-4.9754 3.3733 -4.5726 2.1101 -2.1511 0.9276 -0.3483 -14.1606 計算表 附表10截面455.0991 0.8201 0.5722 0.1853 0.1520 0.3442 0.1969 -0.0450 568.8739 0.9328 0.3604 0.4896 0.4567 1.4097 0.5081 -0.0514 682.6487 0.9918 0.1280 0.5625 0.5579 2.

24、7632 0.3536 0.2043 794.5401 0.9969 -0.0792 0.3832 0.3820 3.7668 -0.2982 0.6802 890.0000 1.0000 0.0000 0.2605 0.2605 4.1216 0.0000 0.2605 （5）單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移 計算見附表11。 單位抗力及摩擦力產(chǎn)生的載位移計算表 附表11截面積分系數(shù)1/34-0.1953 131.6872 316.9185 3.4066-25.7236 -61.90632115-87.6298825-1.4307 131.6872 473.7580 4.5976-188.4

25、097 -677.822819-866.232546-4.4239 131.6872 645.9654 5.9053-582.5725 -2857.693037-3440.26627-8.8877 131.6872 814.4988 7.1851-1170.4026 -7239.057344-8409.4648-14.1606 131.6872 996.1481 8.5645-1864.7698 -14106.05148-15970.821-2838.8705 -17204.25695-20043.13 -129.859×10-6 -786.98×10-6 校核為：-9 1

26、6.839×10-6 -916.839×10-6閉合差。4.墻底（彈性地基上的剛性梁）位移 單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角： 主動荷載作用下的轉(zhuǎn)角： -2848.8202×877.915×10-6=-2501021.986×10-6 單位抗力幾相應(yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角： -14.1606 ×877.915×10-6=-12431.80315×10-6五、解力法方程襯砌矢高 計算力法方程的系數(shù)為：0.0009181170.005118977=0.038340412=-1.940748263-0.00941926=-14.4834

27、3711-0.071058161以上將單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的位移乘以，即為被動荷載的載位移。求解方程為： =302.4557107-2.934084088式中：302.4557107 =-2.934084088=337.3770018+2.245089784=337.3770018 =2.245089784 以上解得的值應(yīng)代入原方程，校核計算是否正確，此處從略。六、計算主動荷載和被動荷載（1）分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力 計算公式為： 計算過程見附表12，附表13 主、被動荷載作用下襯砌彎矩計算表 附表12 截面 00.0000 302.4557 0.0000 302.4557 0.0000 -2.

28、9341 0.0000 -2.9341 1-101.9885 302.4557 54.5876 255.0548 0.0000 -2.9341 0.3633 -2.5708 2-391.8105 302.4557 215.1791 125.8242 0.0000 -2.9341 1.4319 -1.5022 3-824.0727 302.4557 472.5640 -49.0530 0.0000 -2.9341 3.1447 0.2106 4-1331.8647 302.4557 811.9315 -217.4775 -0.1953 -2.9341 5.4030 2.2736 5-1843.6

29、150 302.4557 1213.7475 -327.4118 -1.4154 -2.9341 8.0769 3.7274 6-2287.0775 302.4557 1654.9354 -329.6864 -4.3830 -2.9341 11.0128 3.6957 7-2603.3695 302.4557 2086.7105 -214.2033 -8.8348 -2.9341 13.8861 2.1172 8-2848.8202 302.4557 2552.0883 5.7239 -14.1095 -2.9341 16.9830 -0.0606 主、被動荷載作用下的襯砌軸力計算表 附表13

30、 截面00.0000 337.3770 337.3770 0.0000 2.2451 2.2451 130.2775 327.6737 357.9512 0.0000 2.1805 2.1805 2115.7739 299.1221 414.8960 0.0000 1.9905 1.9905 3241.5563 253.3648 494.9211 0.0000 1.6860 1.6860 4386.2018 193.0332 579.2350 -0.0450 1.2845 1.2396 5525.8024 121.5980 647.4004 -0.0514 0.8092 0.7578 6639

31、.1423 43.1683 682.3106 0.2043 0.2873 0.4916 7703.7458 -26.7057 677.0401 0.6802 -0.1777 0.5025 8696.2353 0.0000 696.2353 0.2605 0.0000 0.2605 七、最大抗力值的求解 首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移。考慮到接縫5的徑向位移與水平方向有一定得偏離，因此修正后有： 計算過程列入附表14，位移值為：最大抗力位移修正計算表 附表14截面積分系數(shù)1/3039829.5586 -386.3814 3.5976 143290.8201 -1390.0459 1133587.4

32、651 -338.5453 3.4358 115399.8125 -1163.1740 4216569.4447 -197.8161 2.9598 49042.2423 -585.4960 23-6459.6515 27.7351 2.1969 -14191.2083 60.9312 44-28639.0171 299.4055 1.1910 -34109.0694 356.5920 25-43115.9516 490.8518 0.0000 0.0000 0.0000 4192663.8609 -2085.6085 7 =0.008220754 =-0.000086866 最大抗力值為： =

33、87.4635686八、計算襯砌總內(nèi)力 按下式計算襯砌總內(nèi)力： 襯砌總內(nèi)力計算表 附表15截面積分系數(shù)1/30302.4557 -256.6255 45.8302 337.3770 196.3636 533.7406 0.0859 6035.2587 0.0000 11255.0548 -224.8538 30.2010 357.9512 190.7160 548.6672 0.0550 3977.0828 643.4920 42125.8242 -131.3848 -5.5606 414.8960 174.0981 588.9940 -0.0094 -732.2552 -467.0324 23-49.0530 18.4210 -30.6320 494.9211 147.4659 642.3870 -0.0477 -4033.8434 -5650.2045 44-217.4775 198.8581 -18.6194 579.2350 108.4159 687.6509 -0.0271 -2451.9415 -5900.8425 25-327.4118 326.0122 -1.3996 647.4004 66.2777 713.6781