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主体结构计算书 赵东平 20 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u 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 - 8 - 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 Ec（GPa） 极限抗压强度 Ra（MPa） 极限抗压强度 Rl（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，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： 土层侧压力： 顶部： 底部： 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) 图8 衬砌结构剪力(N) 图9 衬砌最大压应力图(N) 图10 衬砌最大拉应力图(N) 由轴力计算结果可知，左右墙脚轴力最大，隧道拱顶正中轴力最小。中墙底部轴力值达-1320kN。衬砌最大正弯矩出现在拱顶内侧，正弯矩最大值为355kN·m；衬砌最大负弯矩出现在两侧拱腰，负弯矩最大值为351N·m。衬砌最大剪力发生在边墙脚，最大剪力为335kN。 拱顶内侧受拉，最大拉应力达到3.91MPa，拱腰外侧受拉，最大拉应力达到3.28MPa，均超过C25砼极限抗拉强度。衬砌最大压应力为17.8MPa，小于C25砼极限抗压强度。 由以上计算结果可知，衬砌拱部最大拉应力均超过了C25砼的极限抗拉强度，因此结构需要进行配筋设计并进行裂缝验算。衬砌内力及安全系数计算结果如表4所示。 表4 衬砌内力及安全系数 位置 单元编号 轴力/kN 弯矩/kN.m 剪力/kN 安全系数S 控制标准 右仰拱 1 -1259.67 -28.53 40.16 9.88 受压控制 2 -1250.60 -77.04 64.47 9.50 受压控制 3 -1237.95 -149.85 59.10 7.83 受压控制 4 -1223.71 -217.23 -5.04 2.91 受拉控制 5 -1211.93 -220.20 -176.29 2.77 受拉控制 表4 衬砌内力及安全系数 位置 单元编号 轴力/kN 弯矩/kN.m 剪力/kN 安全系数S 控制标准 6 -1264.23 -51.24 -315.15 9.72 受压控制 7 -1301.39 253.55 99.90 2.19 受拉控制 右边墙 8 -1212.85 151.20 113.22 7.85 受压控制 9 -1175.00 36.48 -17.38 10.55 受压控制 10 -1153.56 54.15 -105.48 10.57