直墙拱计算书.docx
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直墙拱计算书
中国矿业大学力学与建筑工程学院
《地下建筑结构》课程设计任务书
《地下建筑结构》课程设计是教学计划要求中的一个重要教学环节，是在通过学习地下建筑结构相关知识、相关理论的基础上，结合地下工程专业方向的具体特点而进行的一次教学实践活动。
通过课程设计，结合相关的设计要求，掌握地下建筑结构设计中的部分设计内容，使学生所学到的基础理论和专业技术知识系统、巩固、延伸和拓展，培养学生自身独立思考和解决工程实际问题的能力，学会使用各种相关的工具书及查找资料。
完成地下建筑结构设计书一份，内容包括设计计算书、内力图和设计截面图。
一、设计题目
某整体式直墙拱形衬砌的计算。
二、设计资料
某隧道埋深85m，围岩为川级围岩，RQD=85%R：
=57.4MPa,容重Y=25kN/m3，弹性抗力系数K=1.4105kPa。
采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C30。
顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高fo=3.7m，净跨1。
=11.3m。
开挖宽度11.5m，开挖高度7.7m。
初步拟定拱顶厚度d0=250xmm，拱脚厚度d^300ymm，边墙的厚度为d^dn200mm，fl底厚度增加dd=200mm。
试进行衬砌内力计算与截面校核。
若截面校核不通过，请重新设计衬砌厚度并进行计算与校核。
变量x和y根据个人学号确定，具体方法为：
设学号后三位为abc,则y=max（ab,bc），
x=min（ab,bc）。
例如：
abc=123，则y=23，x=12。
三、课程设计要求
本课程设计目的在于培养学生独立阅读资料、掌握技术信息、分析问题和解决问题的能力。
每个同学必须认真设计、独立完成，主要内容包括：
1、结合设计资料，编写设计计算书；
2、根据计算结果绘制直墙拱的内力图和设计截面图衬砌结构示意图
中国矿业大学力学与建筑工程学院
《地下建筑结构》课程设计计算书
1几何尺寸计算
弧度
不考虑轴力的影响）
2计算主动荷载
2.1围岩压力
洞室采用光面爆破开挖，平均超挖值拱部取0.10m，边墙取0.12m，则毛洞跨度为:
根据围岩垂直压力的综合经验公式计算，以及对围岩分级表的查询，取No=1.5m，则围岩垂
直均布压力为
围岩水平均布压力取O.lqi，为：
2.2超挖回填层重
按拱部平均超挖0.10m考虑，则超挖回填荷载为
2.3衬砌拱圈自重：
近似按平均厚度自重计算，则拱圈自重为：
综合以上各项，作用在结构上的主动荷载，有垂直均布荷载及均布水平荷载
3衬砌内力分析
3.1基本结构的单位变位
3.1.1基本结构拱脚刚性固定时拱圈的单位变位:
根据参考资料的附表，可得系数
拱圈单位变位为:
3.1.2墙顶单位变位
取纵向计算宽度b=im贝U：
边墙换算高度为
且，可见，衬砌边墙属弹性地基短梁。
墙顶的单位变位按公式计算，有
以下系数可以通过查阅参考资料的附表得到:
3.1.3基本结构的单位变位按公式计算，有
3.2基本结构载变位
3.2.1主动荷载的载变位
1基本结构拱脚刚性固定时拱圈的载变位，系数的确定，通过查阅参考资料的附表得:
同时利用单位变位的有关参数后，得
2边墙墙顶的载变位：
作用于边墙上的荷载，有水平均布荷载e及拱圈传来的力矩，竖向力和水平力，后者为:
由水平均布荷载e引起墙顶的变位，按公式计算，为
基本结构墙顶的载变位为
3主动荷载作用下基本结构载变位
3.3主动荷载作用下多余未知力计算
由多余未知力计算公式，得主动荷载作用下多余未知力为
3.4弹性抗力作用下基本结构的载变位
3.4.1基本结构拱脚刚性固定时拱圈弹性抗力的载变位以下系数通过查阅参考资料的附表得：
其余参数同前，代入公式后，取有
3.4.2墙顶的载变位:
ni-n3
这时墙顶的载变位，仅由拱圈弹性抗力传来的力矩、竖向力及水平力所引起，其中系数通过查阅参考资料的附表得：
则由公式得，取
拱圈弹性抗力作用下，基本结构墙顶的载变位，仍按公式计算，有
343拱圈弹性抗力时，基本结构变位：
按公式计算，得
3.5弹性抗力作用下多余未知力计算
由多余未知力计算公式，得弹性抗力作用下多余未知力为
3.6计算弹性抗力拱脚弹性抗力计算公式为
3.7计算总的多余未知力
3.8计算拱圈截面内力
将拱圈分成10等份，采用公式计算各截面内力，计算结果见下表
（）为拱圈弹性抗力使基本结构拱圈抗力区内任一截面产生的轴力及弯矩，仅
才存在
表1拱圈内力计算结果
截面
rad
度
X/m
Y/m
M/（kN.m）
N/（kN）
拱顶
P0
0
0
0:
47.16
434.08
1
0.041998
42.03
438.23
2
13.1910024
0.167437
27.55
450.39
3
19.7865036
0.374656:
6.38
P469.61
4
26.3820048
0.660913
-17.20
494.37
5
32.977506
1.022417
-37.60
522.69
6
39.5730072
4.04269922
1.454386:
-48.27
552.20
7
46.1685084
1.951099
-39.56
579.93
8
52.7640096
5.05225610
2.505984
-17.14
605.21
9
59.3595107
3.111695:
2.62
P629.13
拱脚
65.9550119
3.760215
-0.51
653.43
3.9计算边墙截面内力
将边墙分为6等份，采用短梁公式进行计算各截面内力，结果见下表
上式中的最后两项是由于拱脚轴线与边墙轴线偏心距所引起的弯矩
截面
顶面
0
0
1
0
0
0
-4.12
P608.98
1
0.713
0.4
0.9957
P0.79931
0.1600
P0.04271
111.42
P618.21
2
1.426
0.8
0.9318
1.5782
0.6371
0.3407
136.85
627.44
3
2.139
「1.2
0.6561
:
2.2346:
1.4069
[1.14061
92.81
636.67
4
2.852
1.6
-0.0753
2.5070
2.3746
2.6457
-12.89
645.91
5
3.565
2.0
-1.5656
1.9116
3.2979
4.9303
-180.89
655.14
3.10截面校核
3.10.1拱圈的强度校核：
选取拱顶截面
可得偏心距:
判断为大偏心受压。
内力校核，拱顶最大内力为
故由拱顶截面最大内力
而C30混凝土抗压强度标准值为
所以拱顶截面的强度满足要求？
3.10.2边墙的强度校核：
选取边墙顶截面该截面处的内力为：
？
?
?
?
?
？
可得偏心距:
判断为小偏心受压。
内力校核，截面处最大内力为:
故由拱顶截面最大内力
此处取拱顶截面尺寸计算考虑安全。
所以弯矩最大处截面的强度满足要求
参考文献：
[1]
曾亚武．
103-105
地下结构设计模型
[M]
．武汉：
武汉大学土木建筑工程学院及武汉大学出版社，
2006.10，
[2]
徐干成．
地下工程支护结构与设计
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水利水电出版社，2013.01，355
[3]
罗济章．
岩石地下建筑结构
[M]．
重庆：
重庆建筑工程学院出版社，1969.7，91-96
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