隧道衬砌计算

第五章 隧道衬砌结构检算5.1 结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法本隧道结构计算采纳荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由有用公式确定地层压力，然后根据弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。5.3 隧道结构计算模型本 隧 道 衬 砌 结 构 验 算 采 纳 荷 载 — 结 构 法 进 行 验 算 ， 计 算 软 件 为ANSYS10.0。取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定：① 衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。② 围岩的约束采纳弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的 COMBIN14 单元，只保留受压的 COMBIN14 单元。图 5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程③ 衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。④ 衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。⑤ 衬砌结构材料采纳理想线弹性材料。⑥ 衬砌结构单元划分长度小于 0.5m。隧道结构计算模型及荷载施加后如图 5-2 所示。5.4 结构检算及配筋本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道法律规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ 级围岩围岩重度，弹性抗力系数，计算摩擦角，泊松比 u=0.4。 (2) C25 钢筋混凝土容重，截面尺寸，弹性模量。轴心抗压强度：；弯曲抗压强度：；轴心抗拉强度: ;泊松比 u=0.2； (3) HPB235 钢筋物理力学参数 密度：； 抗拉抗压强度：； 弹性模量：；5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段）5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面 8、11、21、47、73 进行检算，而...