.
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 02120714 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K1.4105kPa。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d0250xmm,拱脚厚度
dn300ymm,边墙的厚度为dcdn200mm,墙底厚度增加dd200mm。
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
ymax(ab,bc),xmin(ab,bc)。例如:abc=123,则y23,x12。
三、课程设计要求
.
.
本课程设计目的在于培养学生阅读资料、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、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。
dndcddl0/2l0/2dchdH 衬砌结构示意图
R0
.
d0
.
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K1.4105kPa。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=0.2m,拱脚厚度dn=0.307m,边墙的厚度为dc=0.507m,墙底厚度增加dd200mm。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
2l04f022R06.1ml08f220内圆半径计算:(R0f0)R0,从而有: 2(2)拱圈轴线圆的几何尺寸
拱脚截面与拱顶截面厚度之差:
dnd00.3070.20.053m
轴线圆与内圆的圆心距:
2R0(R00.5)26.12(6.10.50.053)m00.044m
2(f00.5)2(3.70.50.053)2轴线圆半径:
RR0m0sind06.335m 2l0/20.914018
Rdn/266.0666530
.
.
cos0.4071 dhdnsin0.280604m dvdncos0.124480m
计算跨度:
ll0dh11.30.28060411.580604m
计算矢高:
ff0d0dv3.7760m 22(3)拱圈外圆几何尺寸
外圆跨度:l1l02dh11.861208m 外圆矢高:f1f0d0dv3.829520m
l124f12外圆半径:R16.5069m
8f1外圆与轴线圆的圆心距:
d00.2159m 2(4)校核公式 m1R1R0外圆与轴线的圆心距:
mm0m10.2599m
2djR12(m1sin)2R0(m0sin)2mcos6.5039946.1638690.10180.234707
(5)侧墙的几何尺寸
拱脚中心到侧墙中心线的垂直距离:
eh(dndh)/20.013198m
侧墙的计算长度(从拱脚中心算起):
hyh0dv/23.0302m
.
.
结构总高:hkhydv/2f17.469822m (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:
j1s66.06665011R6.3353.14159268.110610973E103E180103310s10ni94118.11061013967.5231.13366110 3Ei0Iis10ni1221yi8.110610912194.951810.9792104 3Ei0Iis10ni210ni22(yicos2i)1.916782104
3Ei0Iii0Fi校核计算:
sssnn[(1y)2cos2]38.90534910-33EIF1121222(11336610.97921.916782)1045.03002710-4
判别:1121222-ss31090 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fi10,隧道半跨度:
h1al1/213.770.688235m(考虑到有一定的间隙) fifi20隧道埋深H=85m>(2-2.5)h1,属于深埋 因此围岩竖直压力:
q地h1250002.96530274132.55Pa(采用均布荷载模
.
.
式)
q地f1h125(3.8295202.965302)21.605kpa
(2)自重计算
q自hd0250.26.35kPa
q自h(dn0.307d0)25000(0.2)12.578604kPa cos0.4071因此:qq地q自80.482550kPa
qq自12.578604kPa
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:
'1ps10'niMpiI0.0427753Ei0i10s10'ni'ni(MpiyiNpicosi)-0.0783356 3Ei0IiFii0'2p在三角荷载q作用下的载变位:
''1ps10''niMpiI0.037199 3Ei0i10s10''ni''ni(MpiyiNpicosi)-0.078588 3Ei0IiFi0i''2p拱顶总载变位:
'''1p1p1p0.079974
.
.
2p'2p''2p0.156924
校核计算:
'sps3E[M'n'npI(1y)NpFcos]0.141745 '''1p2psp¨0,可见计算正确。 ''sps3E[M''n''npI(1y)NpFcos]0.115787
''''''1p2psp0 , 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
4K4EI1.4104310710.572501 120.5073侧墙特征长度:
hy0.5725013.03022.084076<2.75,故侧墙属于短梁 2计算墙顶单位变位。根据查表得:
98.7150108.5578118.2161128.2151138.46041511.9556
A6K3B3K90.482431b
431112A61K3.57371410910A
22u1311A12K3.525943106910A
u1013A22K7.159883106910A 23e01A3K4.51010A
.
1410.8071.
u32e02A83.28212610K910A
e43A[]e1.785209105 K910A11415A[]e1.2031796104 K910Aue3由外载引起的墙顶弯矩与水平力
1l1lMhpql(eh)lq(eh)16.840219q5.626143q1426.11
2446Hhp0
4计算多余未知力
a1111211.205135104
a12a2112222f11.32939104 a22222u24f22f214.08605104a101pMhp1Hhp26.018213105q0.080202
a202pf(Mhp1Hhp2)Mhpu1Hhpu20.1581252.85947104qX1a22a10a12a200.425180q372.191716337.972 2a12a11a22a11a20a12a100.838144q265.3333.51396 2a12a11a22X2(五)弹性抗力作用下多余未知力的计算
1计算j1时引起的墙顶截面内力及变位
通过积分可得到:
MjR2[cos2sin22(sincos)]0.96011323(12cos)R[cos2sin22(sincos)]0.151521 23(12cos)Nj.
.
QjR[4cossin2(sincos)]10.534856
3(12cos2)因此墙顶内力(要考虑偏心距):
MhMj(NjsinQjcos)eh1.018317 HhNjcosQjsin9.567611
VhNjsinQjcos4.410071
墙顶变位:
Mh1Hh23.737410uMhu1Hhu27.20935105
52计算
j1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
450四等分
66.0666504505.2666630
44R34ni[cos2isin2i2(sinicosi)]10.133810323E(12cosj)3i0[d0m(1cosi)]24R44ni[cos2isin2i2(sinicosi)](1cosi)23E(12cosj)3i0[d0m(1cosi)]R24nicosi[cos2isin2i2(sinicosi)]3E(12cos2j)3i0d0m(1cosi)0.369810-3
3计算
j1时的多余未知力
a1111211.205135104
a12a2112222f11.32939104 a22222u24f22f214.08605104
111.71174104
.
.
22fu5.825976104
X1a22a1a12a20.237804 2a12a11a22a11a2a12a11.50319 2a12a11a22X24计算弹性抗力
根据hK1u0及jhsinu0K1sin
u0(X1X1j)u1(X2X2j)u2(X2X2j)fu1Mhpu1Hhpu2uj1.9402q1051.9416q1050.471j105从而可求得 j11.8144
5.在弹性抗力作用下多余未知力计算
X1X1j2.80951158 X2X2j17.75929
(六)计算弹性抗力及外载共同作用下的多余未知力 X1X1X1j335.1625
X2X2j353.273248 X2(七)计算拱圈内力 1.拱圈任一截面的内力
X2yMpM MX1cosNpN NX2各截面的内力计算见表3 (八)计算边墙内力
因对称,故仅计算左边墙。边墙属于短梁,按短梁相应公式计算。墙顶的力矩Mo及水平力Qo
.
.
'0M0X1'X2fMhPMhql0.0266Vh0.0266227.57kN.m 2上式中最后两项是由于拱脚轴线与边墙轴线偏心距0.0266m所引起的弯矩。
Q0X2QhpQh293.8kn
墙顶的竖向力为:
V0VhpVhqlVh470.444 2墙顶的角变与水平位移为
002.1104
y0u018.27104
将边墙分为五等段,每段的自重为:
Nd3.70.507259.3795 5将坐标原点取在墙顶,求11到16各截面的弯矩,轴力和弹性抗力。将以上各相应的数值代入下列计算式中
iKyKy010K22M0a23Q0a4e(11)2a204.982126.77162148.9033168.3217412.7234
KK1eMQ00102233433 2422312.319340.84064227.571256.062Miy0函数14可根据相应公式算出,计算结果见表四。
.
因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容
Copyright © 2019- xiaozhentang.com 版权所有 湘ICP备2023022495号-4
违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com
本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务