主体结构计算书
赵东平
2010-2-10
目录
1 参考规范................................................................................................................ - 1 -
2 计算模型................................................................................................................ - 1 -
3 计算参数................................................................................................................ - 2 -
4 荷载计算................................................................................................................ - 3 - 4.1 结构自重............................................................................................................. - 3 -
4.2 围岩压力............................................................................................................. - 3 -
5 结构内力及安全系数............................................................................................ - 3 -
6 衬砌配筋及裂缝验算............................................................................................ -
7 -
7 结论........................................................................................................................ - 9 -
隧道二次衬砌结构检算
1 参考规范
本次计算主要依据如下设计规范：
（1）《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004)
（2）《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)
（3）《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77—98)
（4）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)
（5）《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)
（6）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330－2002）
2 计算模型
衬砌结构计算采用荷载—结构法，荷载结构法原理认为，隧道开挖后地层的主要作用是对衬砌结构产生荷载，衬砌应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。本次计算采用荷载—结构模型，计算程序采用ANSYS10.0。在ANSYS程序中，用二维梁单元（Beam3）模拟衬砌和中墙，用二维杆单元(Link10)模拟围岩对衬砌的约束效果，隧道衬砌和中墙共划分为100个单元，数值模型如图1所示，单元编号及节点编号与衬砌的对应位置关系如图2及图3所示。
图1 衬砌计算模型
图2 衬砌单元编号
图3 衬砌节点编号
3 计算参数
根据《公路隧道设计规范》(TB10003-2005)及成灌线地质资料，计算参数如表1和表2所示。
表1 衬砌力学参数表
参数衬砌材料
衬砌力学指标
衬砌重度
γ（kN/m3）
弹性模型
E c（GPa）
极限抗压强度
R a（MPa）
极限抗压强度
R l（MPa）
泊松比
μ
C25混凝土25 29.5 19 2.0 0.2
表2 土层力学参数表
参数围岩级别
围岩力学指标
弹性抗力系数
K（MPa/m）
重度
γ（kN/m3）
泊松比
μ
侧压力系数
λ
V级（浅埋）150 17 0.25 0.21
4 荷载计算
隧道衬砌荷载模式见图4。
图4 衬砌荷载组合示意图
图4中各分项荷载的计算方法如下。
4.1 结构自重
衬砌混凝土重度为3/25m KN ＝γ，结构自重由ANSYS 程序自动计算。
4.2 围岩压力
衬砌隧道埋深7.8m ，根据公路隧道设计规范，浅埋隧道围岩压力采用计算如下（。
隧道顶部上覆土重力：''2q (106.08kN /m i i i i h h γγ∑n
i=1＝+)＝
土层侧压力：
顶部：21e 22.28kN /m q λ＝＝ 底部：n1
1i i=1e (+)49.53kN /m i q h λγ∑＝＝
5 结构内力及安全系数
衬砌内力计算结果见图6~图8，结构最大应力计算结果如图9和图10所示，结构变形见图11。
图6 衬砌结构轴力(N)
图7 衬砌结构弯矩(N·m)
