直墙拱结构的设计计算步骤及实例-原稿..doc

成　绩 评阅人 日 期 中国矿业大学力学与建筑工程学院 2014~2015学年度第二学期 《地下建筑结构》课程设计 学　　号 班　　级 12级土木8班 姓　　名 肖浩汉 力学与建筑工程学院教学管理办公室 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Ⅲ级围岩，RQD=85%，Rc=57.4MPa，容重γ0=25 kN/m3，弹性抗力系数kPa。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f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。墙净高按3.5米算。初步拟定拱顶厚度mm，拱脚厚度mm，边墙的厚度为mm，墙底厚度增加mm。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，。例如：abc=123，则，。 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 整体式直墙拱形衬砌的计算 某隧道埋深85m，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，Rc=57.4MPa，容重γ0=25 kN/m3，弹性抗力系数kPa。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f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。墙净高按3.5米算。初步拟定拱顶厚度do=0.254m，拱脚厚度dn=0.307m，边墙的厚度为dc=0.507m，墙底厚度增加mm。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。 (一)结构几何尺寸计算 （1）拱圈内圆几何尺寸 内圆净跨：l0＝11.3m，内圆矢高f0＝3.7m 内圆半径计算：，从而有： (2)拱圈轴线圆的几何尺寸 拱脚截面与拱顶截面厚度之差： 轴线圆与内圆的圆心距： 轴线圆半径： 计算跨度： 计算矢高： （3）拱圈外圆几何尺寸 外圆跨度： 外圆矢高： 外圆半径： 外圆与轴线圆的圆心距： （4）校核公式 外圆与轴线的圆心距： （5）侧墙的几何尺寸 拱脚中心到侧墙中心线的垂直距离： 侧墙的计算长度（从拱脚中心算起）： 结构总高： （二）计算拱顶单位变位 采用分块总和法计算变位，将半拱轴线长分10等分，计算过程列于表1，故拱顶单位变位： 校核计算： 判别： 说明单位变位计算结果正确。 表1 变截面圆拱拱顶单位变位计算（见附图） （三）计算拱顶载变位 1计算荷载 （1）岩石坚固系数，隧道半跨度： （考虑到有一定的间隙） 隧道埋深H=85m(2-2.5)h1，属于深埋 因此围岩竖直压力： （采用均布荷载模式） （2）自重计算 因此： 在实际设计中，外载还应包括超挖回填引起的拱顶荷载，一般取30cm回填高度，可忽略不计。 2计算载变位 先分别计算在均布荷载和三角形荷载作用下的载变位，然后叠加，计算过程列于表2。 表2 变截面圆拱拱顶载变位计算(见附图) 在均布荷载q作用下的载变位： 在三角荷载作用下的载变位： 拱顶总载变位： 校核计算： ，可见计算正确。 , 满足要求！ （四）在荷载作用下多余未知力的计算 1判别侧墙类型 侧墙特征长度： 2.75，故侧墙属于短梁 2计算墙顶单位变位。根据查表得： 3由外载引起的墙顶弯矩与水平力 4计算多余未知力 （五）弹性抗力作用下多余未知力的计算 1计算时引起的墙顶截面内力及变位 通过积分可得到： 因此墙顶内力（要考虑偏心距）： 墙顶变位： 2计算时的拱顶载变位 采用分块总和法计算，将弹性抗力所分布拱轴线长对应圆心角四等分 3计算时的多余未知力 4计算弹