第3章 荷载结构设计模型（3）：离壁式地下结构设计.ppt

第三节离壁式地下结构设计1离壁式地下结构的构造2作用在离壁式地下结构的荷载3离壁式地下结构的内力计算4算例1离壁式地下结构的构造构造是研究建筑物的构成、各组成部分的组合原理和构造方法的学科。离壁式地下结构指拱圈、边墙与岩壁脱离，其间空隙不做回填，仅拱脚处扩大延伸（即水平支撑）与岩壁顶紧的地下结构。一般要求建造在围岩比较坚硬、稳定、且不易风化的岩层中。一般用于静荷载区段，不宜用于有动荷载（如炮弹、炸弹及冲击波引起的动荷载）区段，以及地震烈度为8~9度的地震区。图离壁式地下结构示意图（1）拱圈一般采用割圆拱，拱圈矢跨比1/4~1/6，当洞室跨度为6~14m，高度在8m以下时，拱圈厚度约为200~350mm。一般用C15~C20素混凝土或钢筋混凝土建造。（2）边墙一般采用与拱圈同标号的混凝土预制（或料石）砌筑。为加强边墙的稳定性，沿边墙长度方向可增设墙垛，间距5~8m。（3）水平支撑水平支撑要求与拱圈整体连接，并支撑在稳定的坚硬岩石上，厚度为拱圈厚度的1.5~2.4倍，或拱圈厚度+100mm，宽度一般为600mm。（4）地下结构与岩壁间的间距间距一般为500~600mm，不进人时150mm。拱圈部分不大于800mm。2作用在离壁式地下结构的荷载结构自重、落石荷载、回填荷载、围岩压力和使用荷载等。具体荷载应根据结构所处围岩类别进行综合考虑。（1）稳定围岩仅考虑结构自重、使用荷载和施工、检修荷载。施工、检修荷载可采用1.5~2.0kN/m2。实践表明，当跨度在8~12m时，拱圈厚度200mm，其承载能力可以满足使用要求，不需计算。（2）基本稳定围岩结构自重、使用荷载和施工、检修荷载，落石荷载（3）其它地质条件拱顶上部要回填，除考虑结构自重、使用荷载外，要计入围岩压力和回填荷载。3离壁式地下结构的内力计算若边墙为预制块或料石砌筑，此时由于拱圈搁置在边墙上，拱脚在边墙上可能发生微小转动。考虑围岩情况及计算简便，将拱圈计算简图取为下图。当围岩坚硬时，拱圈视为两端不动的两铰拱，下图（a）。当考虑拱脚两端有侧向变形时，拱圈视为两端具有水平弹性链杆支撑的两铰拱。下图（b）图拱圈计算简图3.1计算简图边墙则根据其下端与岩基的连接情况。视为两端铰接或上端铰接，下端固定的轴心受压或偏心受压杆计算，计算简图如下。图边墙计算简图若拱圈、边墙及水平支撑均为整体浇筑的混凝土或钢筋混凝土结构，此结构多用于除稳定或基本稳定之外的围岩中，计算时要考虑拱脚两端围岩的侧向变形，计算简图如下。对一般结构来说，边墙下端与岩基的连接都应属于（a）这种情况。但在实际设计中，为计算简便，常简化为（b）和（c）。当边墙直接置于岩基上或边墙埋入基岩较浅时，采用（b）。当边墙埋入基岩较深时，采用（c）。图拱圈、边墙及水平支撑为整体结构的计算简图3.2.1拱圈内力计算3.2边墙为砌块、拱圈和水平支撑为整体结构的内力计算（1）两端为不动铰的两铰割圆拱的计算一次超静定结构，利用结构力学知识求解（力法求解）。图两铰拱的基本结构a）承受垂直均布荷载拱轴线为割圆的两铰拱，分别承受几种荷载时，多余未知力的计算公式及相应的系数。m1可根据不同的矢跨比，查表得。b）承受沿拱轴垂直均布荷载图两铰割圆拱在自重作用下c）承受集中荷载图两铰割圆拱在集中力作用下图两铰割圆拱在拱顶承受集中力无论集中力在左半拱或作用在右半拱，上式都适用。在计算时，均取正值。表1两铰割圆拱拱脚水平推力系数m及单位变位δ11系数n表中:m3——集中荷载作用在拱顶时的水平推力系数。m4——集中荷载作用在拱跨3/4时的水平推力系数。这种结构仍为一次超静定。与两端不动铰的两铰拱有所不同的是，这种拱在荷载作用下拱脚处将产生水平位移，该位移的大小与荷载、拱轴线几何形状、围岩性质有关。其基本结构如下图。（2）两端具有水平弹性链杆支撑的两铰割圆拱的计算图两端具有水平弹性链杆支撑的两铰割圆拱的基本结构设多余未知力为H，以图中所示方向为正。根据支座A处的水平位移等于围岩侧向压缩变形的条件，得下列基本方程式：解得