直墙拱形衬砌结构计算说明书(浙理地下建筑结构课程设计)

浙江理工大学建筑工程学院土木系直墙拱形衬砌结构设计计算说明书浙江理工大学建筑工程学院土木系设计资料：1.围岩特征某隧道埋深85m，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，Rc=57.4MPa，容重γ0=25kN/m3，侧向和基底弹性抗力系数均为51.410KkPa/m。2.衬砌材料采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C20，弹性模量E=26GPa，容重γ=25kN/m3，混凝土轴心抗压强度设计值fc＝10MPa，弯曲抗压强度设计值fcm＝11MPa，抗拉强度设计值ft＝1.1MPa。钢筋采用25MnSi钢，强度设计值fy＝340MPa，弹性模量E=200GPa。3.结构尺寸顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。开挖宽度11.5m，开挖高度7.7m。初步拟定拱顶厚度0400dmm，拱脚厚度n516dmm，边墙的厚度为c716dmm，墙底厚度增加d200dmm。浙江理工大学建筑工程学院土木系目录（一）结构几何尺寸计算........................................................................................1（二）计算拱圈的单位变位...................................................................................2（四）计算拱圈的弹性抗力位移........................................................................5（五）计算墙顶（拱脚）位移..............................................................................5（六）计算墙顶竖向力、水平力和力矩........................................................7（七）计算多余未知力.............................................................................................7（八）计算拱圈截面内力........................................................................................8（九）计算边墙截面内力......................................................................................10（十）验算拱圈和侧墙的截面强度.................................................................12（十一）计算配筋量.................................................................................................13参考文献...........................................................................................................................15浙江理工大学建筑工程学院土木系1（一）结构几何尺寸计算（1）拱圈内圆几何尺寸内圆跨径011.3lm，内圆矢高03.7fm内圆半径计算：2220000()()2lRfR，从而有220002046.1648lfRmf（2）拱圈轴线圆的几何尺寸拱脚截面和拱顶截面厚度之差00.5160.4000.116nddm轴线圆与内圆的圆心距：22220000(0.5)6.164(6.1640.50.116)0.0982(0.5)2(3.70.50.116)RRmmf轴线圆半径0000.46.1640.0986.46222dRRmm拱圈截面与竖直面的夹角n：0/211.3/2sin0.9107/26.6420.516/2nlRd653681.14498ncos0.4131nsin0.4699hnnddmcos0.2132vnnddm计算跨度：011.30.469911.7699hlldm计算矢高：000.40.21323.73.79342222vddffm（3）拱圈外圆几何尺寸外圆跨度：10211.320.469912.2398hlldm外圆矢高：1003.70.40.21323.9934vffddm外圆半径：22221111412.239843.99346.6861883.9934lfRmf浙江理工大学建筑工程学院土木系2外圆和轴线圆的圆心距：01100.46.68616.1640.024622dmRRm（4）侧墙的几何尺寸拱脚中心到侧墙中心线的垂直距离：()0.7160.46990.12322chhddem侧墙的计算长度（从拱脚中心算起）：17.73.99343.7066hHfm直墙拱形结构尺寸图如图1所示。R0=6.164mR=6.462mR1=6.686mm0=0.098mm1=0.0246mf0=3.7mf=3.79mf1=3.99L/2=5.88mL1/2=6.12mh=3.707meh=0.123mL0/2=5.65m66°L0/2=5.65m图1直墙拱结构尺寸图（二）计算拱圈的单位变位1.14498nsin0.9107ncos0.4131n01cos10.41310.6444sin0.9107nnK1sin1.144980.91070.2343nnk2211111(1cossin)(10.41310.9107)0.1891sin20.91072nnnK231312sinsincos1.1449820.91070.91070.41310.08422222nnnnk23232111111(coscoscos)(0.41310.41310.4131)0.0740sin330.910733nnnnK浙江理工大学建筑工程学院土木系3拱顶截面的惯性距：33010.45.3331012I拱脚截面的惯性距：3210.5161.14491012nI3025.33310110.53421.144910nII拱圈结构单位变位的计算公式：5110730226.462()(1.144980.53420.6444)7.4613102.6105.33310nRKEI225122111730226.462()(0.23430.53420.1891)8.0244102.6105.33310RkKEI3342222730226.462()(0.08420.53420.0740)1.7373102.6105.33310RkKEI（三）计算拱圈的荷载变位1.计算荷载（1）围岩压力Ⅲ级围岩，3s；隧道宽度12.3398Bm；当5Bm时，0.1i。坍落拱高1310.452(1(5))0.452(10.1(12.33985))3.0186shiBm荷载等效高度值26.0372pHhm隧道埋深85pHmH，属于深埋隧道。围岩竖直均布压力计算：/7.7/12.33980.621.7HB，满足计算条件。21253.018675.465/qhkNm围岩水平均布压力：围岩级别为Ⅲ级，围岩均布水平压力0.15eq，计算求得：210.10.175.4657.5465/eqkNm（2）超挖回填引起的荷载按拱部平均超挖0.1m考虑，回填材料为干砌片石（320/kNm），则超挖回填荷载为：220.1202/qkNm浙江理工大学建筑工程学院土木系4（3）衬砌拱圈自重引起的荷载2030.40.5162511.45/22nddqkNm综合以后各项，作用在结构上的荷载有垂直均布荷载和水平均布荷载：212375.465211.4588.915/qqqqkNm27.5465/ekNm2.计算载变位（1）竖向均布荷载q作用下的位移11(sincos)0.19224nnna311(23coscos)0.15216sinnnnA321111(sincossin)0.06632223nnnna3421211(coscossin)0.05572sin334nnnnA拱圈结构荷载变位的计算公式：3321117302288.9156.462()(0.19220.53420.1521)3.8380102.6105.333310qqRAEI4422227302288.9156.462()(0.06630.53420.0577)7.9328102.6105.333310qqRAEI（2）水平均布荷载e作用下的位移31(34sinsincos)0.04214nnnna233111(coscoscos)0.03702sin33nnnnA341531(4sinsincossin)0.01792223nnnnna23441(74cos6sin4coscos)0.01638sinnnnnnA拱圈结构荷载变位的计算公式：334133730227.54656.462()(0.04210.53420.0370)6.5552102.6105.333310eeRaAEI443244730227.54656.462()(0.01790.53420.0163)1.7419102.6105.333310eeRaAEI浙江理工大学建筑工程学院土木系5将以上两种荷载引起的位移相叠加，则得：21113.903510pqe22228.107010pqe（四）计算拱圈的弹性抗力位移9213(2sin2cossincos)0.002123(12cos)nnnnna23921222222(cossinsincoscos)0.00226822233sin(12cos)nnnnnnnnA21023132222((12)sin2cossin238223(12cos)22(1)sincossin)0.001223nnnnnnnna210233411122212(cos(12)sinsincos24682223sin(12cos)211sin(22)cossin)0.0012232nnnnnnnnnnA拱圈结构弹性抗力位移的计算公式：33619940226.462()(0.00210.53420.0022)3.5503102.6105.3333nnRaAEI4452101040226.462()(0.00120.53420.0012)1.4393102.