【正文】 底的合力偏心距為 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D702004容許基底偏心距m巖石地基m 土基 即＜合力偏心距滿足設(shè)計(jì)要求 另外對(duì)于水平基底在偏心荷載作用下基底最大和最小法向應(yīng)力σ和σmin為 ＜ 即＜KPa為地基容許承載力 2抗傾覆計(jì)算 抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)＞抗傾覆穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求 3抗滑動(dòng)計(jì)算對(duì)于水平基底抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) 37其中基底摩擦系數(shù)查《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D702004得 05 作用于基底合力的法向分力 全部水平力 則由式37可得抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)＞所以抗滑動(dòng)穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求經(jīng)過驗(yàn)算初步擬定的洞門端墻厚度是比較合適的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也能很好的滿足所以就按照初步擬定的尺寸即洞門端墻厚度為16m采用混凝土結(jié)構(gòu) 4檢算端墻式洞門墻身截面強(qiáng)度及偏心距 首先計(jì)算偏心距 38 式中檢算截面偏心距m 計(jì)算截面以上各力對(duì)截面形心力矩的代數(shù)和 作用于截面以上的垂直力之和N 19228kN計(jì)算截面取為墻趾表面處則計(jì)算得 39其中Ei水平力 HiEi到墻趾的力臂 Wi分部結(jié)構(gòu)自重 SiWi到墻趾的力臂則由式39可得計(jì)算截面以上各力對(duì)截面形心力矩的代數(shù)和為 正號(hào)表示力矩相對(duì)于墻趾為逆時(shí)針方向即為使端墻傾覆的方向 帶入式38得 其次計(jì)算端墻墻身的強(qiáng)度應(yīng)力 310 其中截面面積 08 截面抵抗矩 截面寬度 16m 由式310計(jì)算得即MPaMPa洞門采用C20混凝土C20混凝土其抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 10MPa抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 113MPa根據(jù)計(jì)算的應(yīng)力結(jié)果滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求 極限狀態(tài)計(jì)算洞門的承載力 1洞門墻墻身抗壓承載能力計(jì)算 首先取基底截面進(jìn)行計(jì)算 311 其中墻身抗壓檢算作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取 11 截面軸向力標(biāo)準(zhǔn)值 截面面積檢算截面取基底時(shí) 承載力影響系數(shù) 檢算截面偏心矩 檢算截面取基底時(shí) 312 其中Wi分部結(jié)構(gòu)自重 SiWi到基底的力臂 Ei水平力 HiEi到基底的力臂 由式312可得計(jì)算截面以上各力對(duì)截面形心力矩的代數(shù)和為 負(fù)號(hào)表示力矩相對(duì)于墻趾為逆時(shí)針方向即為使端墻傾覆的方向 帶入式38得 墻身厚度 20m 端墻墻身材料軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按照規(guī)范取為 135MPa 端墻墻身材料抗壓強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)取 φ承載力影響系數(shù) 端墻墻身材料軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按照規(guī)范取為 135MPa 端墻墻身材料抗壓強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)取 則 即滿足式311則洞門墻身抗壓承載能力滿足設(shè)計(jì)要求另外檢算截面取墻趾的表面處時(shí)墻身厚度為16m截面面積 16m檢算截面偏心距為 計(jì)算如下 由式38得墻身抗壓檢算作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取 11截面軸向力標(biāo)準(zhǔn)值 18768kNφ承載力影響系數(shù)端墻墻身材料軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按照規(guī)范取為 135MPa端墻墻身材料抗壓強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)取則 即滿足式311則洞門墻身抗壓承載能力滿足設(shè)計(jì)要求2墻身抗裂承載能力計(jì)算 313式中墻身抗裂檢算作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取 計(jì)算條帶墻重 計(jì)算條帶寬度及檢算截面厚度檢算截面取與抗壓截面相同 重力作用線至檢算截面前緣的距離 土壓力的標(biāo)準(zhǔn)值 土壓力分項(xiàng)系數(shù)根據(jù)規(guī)范取 土壓力作用線至墻趾的距離 材料抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取為MPa 材料抗拉強(qiáng)度分項(xiàng)系數(shù)取則 即滿足式313則抗裂承載能力滿足設(shè)計(jì)要求 經(jīng)上述計(jì)算得各截面承載能力滿足規(guī)范要求3洞門墻的地基承載能力檢算地基承載力計(jì)算公式為 314其中地基承載能力檢算作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)取 101 地基承載能力標(biāo)準(zhǔn)值按地基實(shí)際承載能力確定或按有關(guān)規(guī)范選取 300kPa 地基承載力分項(xiàng)系數(shù)取 112 基礎(chǔ)底面的截面抵抗矩 土壓力分項(xiàng)系數(shù)根據(jù)規(guī)范取 其余符號(hào)意義同前計(jì)算得 19228kN則＜0 即 滿足式314所以洞門墻地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求 經(jīng)上述檢算洞門端墻的穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求抗滑抗傾覆強(qiáng)度偏心距第四章 襯砌內(nèi)力計(jì)算 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D702004規(guī)定由于巖土體介質(zhì)通常具有明顯的不確定特征巖土工程問題分析中經(jīng)驗(yàn)常起主導(dǎo)作用規(guī)范中規(guī)定ⅠⅤ級(jí)圍巖中復(fù)合襯砌的初期支護(hù)主要按工程類比法設(shè)計(jì)即參照已往工程實(shí)例確定支護(hù)參數(shù) 經(jīng)驗(yàn)表明ⅠⅢ級(jí)圍巖具有較強(qiáng)的自支撐能力對(duì)其施作薄層噴射混凝土和少量錨桿后即可保持穩(wěn)定因而不必計(jì)算ⅣⅤ級(jí)圍巖則在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定支護(hù)參數(shù)后仍需進(jìn)行檢驗(yàn)計(jì)算所以ⅣⅤ級(jí)圍巖段襯砌在選定支護(hù)參數(shù)后需要進(jìn)行驗(yàn)算第一節(jié) Ⅴ級(jí)圍巖襯砌設(shè)計(jì)數(shù) 根據(jù)規(guī)范規(guī)定Ⅴ級(jí)圍巖段初期支護(hù)選擇為20cm厚C20噴射混凝土拱墻鋪設(shè)Ф8鋼筋網(wǎng)間距20cm20cm墻拱部側(cè)墻均設(shè)置20MnSi22普通水泥砂漿錨桿L 40m間距100cm100cm拱墻設(shè)置鋼拱架鋼拱架采用HW125mm125mm間距10m防水層為12mm厚EVA防水卷材450g㎡無(wú)紡布二次襯砌為45cm厚C25鋼筋混凝土預(yù)留變形10cmⅤ級(jí)圍巖襯砌見附圖5力計(jì)算1設(shè)計(jì)基本資料公路等級(jí)高速公路圍巖級(jí)別Ⅴ級(jí)圍巖容重彈性抗力系數(shù)襯砌材料C25噴射混凝土材料容重二襯厚度d 045m襯砌材料彈性模量 2荷載確定 1圍巖豎向壓力 41 42其中圍巖豎向壓力 S圍巖級(jí)別S 5 圍巖容重 寬度影響系數(shù) B隧道寬度其中010m為一側(cè)平均超挖量045m為二次襯砌厚度且當(dāng)B 5m時(shí)i 01 由式42可得寬度影響系數(shù)為 由式41可得圍巖豎向壓力為考慮一襯后圍巖釋放變形取折減系數(shù)042計(jì)算襯砌自重 43其中襯砌自重 拱頂襯砌厚度 拱腳襯砌厚度 材料容重則由式43可得襯砌自重為 建議Ⅴ級(jí)圍巖襯砌承受6080圍巖壓力為安全儲(chǔ)備這里取即為 1全部垂直荷載 2圍巖水平均布?jí)毫? 3襯砌幾何要素 1襯砌幾何尺寸 內(nèi)輪廓線半徑 內(nèi)徑所畫圓曲線的終點(diǎn)線截面與豎直軸的夾角 拱頂截面厚度拱底截面厚度2半拱軸線長(zhǎng)度S及分段軸長(zhǎng)半拱軸線長(zhǎng)度為將半拱軸線長(zhǎng)度等分為8段則分段軸長(zhǎng)ΔS為 3各分塊截面中心幾何要素各分塊截面與豎直軸的夾角及截面中心點(diǎn)的坐標(biāo)可由內(nèi)力計(jì)算圖示圖41直接量得具體數(shù)值見單位位移計(jì)算表表414計(jì)算位移單位位移計(jì)算見表411單位位移 44 45 46由式444546可得單位位移值 計(jì)算精度校核 閉合差圖41 內(nèi)力計(jì)算圖示表41 單位位移計(jì)算表截面 x y d 1I yI y2I 1y 2I 0 000 000 100 000 000 045 13168 000 000 13168 1 1392 024 097 135 016 045 13168 2158 354 17842 2 2784 046 088 264 065 045 13168 8638 5667 36113 3 4176 066 074 376 143 045 13168 18910 27155 78144 4 5568 082 056 467 246 045 13168 32474 80081 158197 5 6960 093 034 529 368 045 13168 48553 179015 289290 6 8352 099 011 562 501 045 13168 66054 331328 476605 7 9507 099 008 539 637 045 13168 83977 535521 716643 8 10460 096 025 517 771 045 13168 101557 783209 999492 105349 363214 1942328 2785498 其中I截面慣性矩 2載位移主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移 1每一塊的作用力豎向力Q水平力E自重力G主動(dòng)荷載作用力如圖42所示可分別由下面各式求得 47 48 49 其中襯砌外緣相鄰兩截面間的水平投影長(zhǎng)度 襯砌外緣相鄰兩截面間的豎直投影長(zhǎng)度 接縫i的襯砌截面厚度 將由式474849求得的各個(gè)分塊作用力列于表422外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力塊上各集中力對(duì)下一接縫的力臂可由圖41直接量得分別記為圖42 單元主動(dòng)荷載 內(nèi)力可按下式計(jì)算 彎矩 410 軸力 411 式中相鄰兩接縫中心點(diǎn)的坐標(biāo)值 且 412 413 將由式412413計(jì)算所得的與列于表44中 將由式410411計(jì)算所得外荷載在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的彎矩Mip0和軸力Nip0的值列于表44表45表42 載位移Mip0計(jì)算表1截面號(hào) b h Q E G aq 0 000 000 0 0 000 000 1 135 016 10683 516 1365 067 2 128 049 10109 1549 1365 064 3 112 078 8857 2456 1365 056 4 090 103 7125 3243 1365 045 5 062 122 4944 3845 1365 031 6 032 132 2535 4185 1365 016 7 022 136 1747 4286 1365 011 8 0 133 0 4204 1365 0 表43 載位移Mip0計(jì)算表2截面號(hào) ag ae Qaq Gag Eae 0 000 000 0 0 0 000 000 1 071 008 7243 971 042 000 000 2 067 024 6490 918 381 12049 516 3 059 039 4977 809 957 23523 2065 4 047 051 3220 644 1670 33745 4522 5 033 061 1552 455 2345 42235 7765 6 018 066 408 247 2779 48545 11611 7 011 068 194 151 2914 52445 15796 8 012 066 0 163 2808 55558 20082