第3章 荷载结构设计模型（4）：贴壁式地下结构设计.ppt

（2）假定弹性抗力法拱圈与边墙整体联接，拱圈抗力区假定为二次抛物线规律变化或不考虑（不能确保回填密实时），边墙按弹性地基梁计算，弹性抗力用局部变形理论确定。假定墙底与岩基间具有较大的摩擦力，不能水平移动，视为绝对刚性的弹性地基梁。由于底板与边墙一般分别浇筑，计算中不考虑底板作用。图弹性地基梁计算简图采用力法计算贴壁式直墙拱形地下结构内力时，一般从拱顶切开，去掉三个方向的多余联系，而以三对多余未知力X1（弯矩）、X2(轴力)、X3（剪力）来代替。在结构与荷载对称时，反对称的剪力X3=0，这时，基本结构为一对弹性固定在边墙（弹性地基梁）上的悬臂曲梁，其左半部如图所示，右半部与左半部对称，计算时可以按半个结构进行。5.2基本结构与基本方程式图对称问题基本结构的左半部示意图图(a)和图(b)是相当的，因此拱顶多余未知力，可以按半衬砌结构的计算公式计算。根据拱顶截面相对转角和相对水平位移为零的条件，可以建立该处两个变位协调方程式，即但计算时要注意两点：（1）拱脚的弹性固定系数取决于边墙顶端变位，即角变位β1,β2,βp及水平变位u1,u2,up，应由边墙算得；（2）考虑拱圈两侧的弹性抗力时，载变位中除含主动荷载产生的载变位外，还应加上该弹性抗力产生的载变位△iσ；在βp及up中也要加上该弹性抗力产生的变位。其他变位系数与半衬砌结构相同。如图所示，割圆拱圈的弹性抗力，一般近似地假定为按二次抛物线规律分布，即。5.2.1拱圈弹性抗力σ及其变位△iσ的计算图拱圏弹性抗力图抗力零点b处φb通常取为45度，则上式可以简化为。弹性抗力引起的摩擦力，对结构内力影响很小，计算中一般忽略不计。根据文克尔假定：(3.3.28)其中系数的计算公式为：取φb=45度并将σ代入上式可得：对于对称问题，按半拱进行计算。将M，I的计算公式代入上式，并按拱圈一半积分后，得割圆拱对称问题半个拱圈的变位为：当拱脚刚性固定时，弹性抗力σ引起拱顶切开处的变位的计算公式：其中系数的计算公式为：当时：拱圈是弹性固定在边墙顶端的，因此，拱脚弹性固定系数要通过边墙顶端的变位来表示。直墙拱形衬砌的边墙可以按弹性地基梁计算。因属对称问题，仅研究左边墙。作用于墙上的荷载可能有：围岩垂直压力、水平压力，内部结构传来的荷载，自重（按等截面直杆件计算，略去扩基重量）及墙顶处由拱圈传来的作用力等。如图(a)所示。5.2.2拱脚弹性固定系数图边墙计算简图当略去直接作用于墙顶的垂直压力q时，墙顶中心c处的作用力为：（1）边墙属弹性地基短梁时（简称弹性墙）边墙与岩壁间的摩擦力，一般略去不计。边墙的计算简图如图(a)、(c)所示，图(b)为边墙轴线变位情况及正值方向。为了计算简便，考虑无内部结构作用于边墙上的情形（即以图(c)为研究对象）。另外，由于拱脚中心对墙顶中心的偏心距△很小，可以认为两处的变位相同，并忽略作用于边墙上的竖向力Ve及自重G对变位的纵向弯曲影响。这样，可以应用有关结果来求拱脚中心（或墙顶中心）的弹性固定系数等变位值。参见第3章荷载结构设计模型（2）：弹性地基梁理论PPT第15页图边墙计算简图第四节贴壁式地下结构设计1半衬砌结构或厚拱薄墙结构构造2半衬砌结构或厚拱薄墙结构计算3拱脚弹性固定系数及拱圈变位值计算4贴壁式直墙拱形结构构造5贴壁式直墙拱形结构计算6整体式曲墙拱形结构计算贴壁式地下结构是指地下结构背部紧贴围岩，或者地下结构与围岩之间的超挖，按相关要求进行密实回填的地下结构。根据地质条件不同，贴壁式地下结构可以做成厚拱薄墙结构或半衬砌结构、直墙拱形结构、曲墙拱形结构和封闭式结构（直墙或曲墙带仰拱的结构）等。本节主要介绍厚拱薄墙结构或半衬砌结构、直墙拱形结构两种贴壁式地下结构的设计计算方法，简要介绍曲墙拱形结构的设计计算方法。1半衬砌结构或厚拱薄墙结构构造厚拱薄墙结构是指拱脚直接置于岩层上，与起围护作用的薄墙基本上互不联系的地下结构。当侧壁围岩完全稳定无掉块且不做边墙时，即为半衬砌结构，此时为防止侧壁围岩风化，喷不小于20mm厚的水泥砂浆护面。图厚拱薄墙结构示意图图半衬砌结构示意图厚拱薄墙结构及半衬砌结构一般用于无水平压力但稳定性较差的岩层中。该结构一般采用现浇混凝土或钢筋混凝土等截面或变截面拱