结构力学方法(一)课件
39页1、中南大学土木工程学院 隧道工程系,主讲教师:施成华,隧 道 力 学,第3讲 结构力学方法(一),结构力学方法的计算过程 (1)确定围岩压力及其它荷载 (2)计算隧道衬砌结构在围岩压力及其它荷载作用下的内力分布 (3)根据内力分布进行隧道衬砌结构的断面检算,第3讲 结构力学方法,土木工程学院隧道工程系,施成华,拱形半衬砌结构一般设置在较完整坚硬的围岩中,由于拱脚和围岩之间存在较大的摩擦力,因此可以认为拱脚不产生径向位移,而只能产生转动和沿拱轴线方向的位移。 半衬砌结构设置在坚硬的围岩中,故而水平压力很小,可以忽略不计。 根据隧道结构的受力特点,拱圈绝大部分位于脱离区,可以不考虑弹性抗力。 半衬砌结构的纵向长度远大于跨度,可以简化为平面应变问题。,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,一、拱形半衬砌隧道的结构计算,1、计算模型,土木工程学院隧道工程系,施成华,由此,半衬砌结构可以简化为一弹性固定的平面无铰拱。,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,1、计算模型,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,2、衬砌内力计算,(1)对称问题,土木工程学院隧道工程系,施成华,
2、第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,2、衬砌内力计算,(1)对称问题,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,2、衬砌内力计算,(1)对称问题,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,2、衬砌内力计算,(2)非对称问题,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,2、衬砌内力计算,(3)拱圈上任一截面内力的计算,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,3、拱脚及拱圈柔度系数的计算,(1)单位弯矩作用时,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,3、拱脚及拱圈柔度系数的计算,(2)单位水平力作用时,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,3、拱脚及拱圈柔度系数的计算,(3)单位竖向力作用时,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,3、拱脚及拱圈柔度系数的计算,(4)外荷载作用下的柔度系数,1)外荷载在拱脚处产生弯矩 和轴向力 时,相应的拱脚弹性固定系数为:,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构
3、力学方法拱形半衬砌隧道,3、拱脚及拱圈柔度系数的计算,(4)外荷载作用下的柔度系数,2)拱圈的柔度系数 和外荷载作用下所产生的位移 为:,土木工程学院隧道工程系,施成华,第3讲 结构力学方法拱形半衬砌隧道,4、衬砌强度校核,当截面轴力为压力时:,当截面轴力为拉力时:,土木工程学院隧道工程系,施成华,拱形曲墙隧道的假定抗力法是在经过多次计算和经验积累,基本上掌握了某种断面形式的衬砌在某种荷载作用下的变形规律的基础上,以后再计算同类荷载作用下的同类衬砌结构时,就可按此假定衬砌结构周边抗力分布的范围及抗力区各点抗力变化的图形,这样只要知道某一特定点的弹性抗力,就可求出其它各点的弹性抗力值。在求出作用在衬砌结构上的荷载(主动荷载及弹性抗力)后,其内力分析也就变成了通常的超静定结构问题。,第3讲 结构力学方法拱形曲墙隧道,二、拱形曲墙隧道的结构计算,土木工程学院隧道工程系,施成华,(1)将拱圈和曲边墙作为一个整体无铰拱进行计算,两侧拱脚支撑在弹性地基上,计算中考虑墙脚位移的影响。 (2)由于仰拱一般是在无铰拱业已受力之后修建的,计算时一般不考虑仰拱对衬砌内力的影响。 (3)拱两侧的弹性抗力按二次
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