1、單線鐵路隧道曲墻拱結構設計指導教師：周佳媚學生：洪治濤學號：20050129班級：05級土木05班一設計基本資料1） 巖體特性巖體為級圍巖，隧道埋深為；計算摩擦角，巖體重度，圍巖彈性反力系數，基底圍巖彈性反力系數。2） 襯砌材料采用混凝土；重度，彈性模量，混凝土襯砌軸心抗壓強度標準值，混凝土軸心抗拉強度標準值。3） 結構尺寸斷面加寬u=20cm，其他尺寸如圖所示。一、 計算作用于襯砌結構上的主動荷載作用在結構上的荷載形式為勻布豎向荷載和勻布水平側向荷載，其側壓系數為，即。勻布豎向荷載： 勻布水平側向荷載： 二結構分塊以及截面的幾何要素假定水平線以下的軸線為一弧,由圖上量得：測量出曲墻拱結構截面

2、幾何要素，列于表1中。三、 計算主動荷載作用下結構內力1）計算基本結構單位位移計算過程見表1。校核：，計算正確。表1 曲墻拱結構幾何要素及計算表（一）截面00.000000 0.000000 1.000000 0.000000 0.000000 0.300000 122.390000 0.380909 0.924613 1.020000 0.200000 0.300000 244.780000 0.704386 0.709817 1.870000 0.770000 0.300000 361.560000 0.879316 0.476238 2.490000 1.590000 0.300000

3、478.280000 0.979152 0.203129 2.830000 2.550000 0.300000 585.410000 0.996793 0.080025 2.970000 3.540000 0.300000 691.140000 0.999802 -0.019895 3.000000 4.540000 0.300000 794.660000 0.996694 -0.081243 3.000000 5.540000 0.334570 898.190000 0.989801 -0.142456 3.000000 6.490000 0.477760 曲墻拱結構幾何要素及計算表（二）截

4、面00.002250 444.444444 0.000000 0.000000 444.444444 110.002250 444.444444 88.888889 17.777778 640.000000 420.002250 444.444444 342.222222 263.511111 1392.400000 230.002250 444.444444 706.666667 1123.600000 2981.377778 440.002250 444.444444 1133.333333 2890.000000 5601.111111 250.002250 444.444444 157

5、3.333333 5569.600000 9160.711111 460.002250 444.444444 2017.777778 9160.711111 13640.711111 270.003121 320.420473 1775.129420 9834.216985 13704.896298 480.009088 110.040331 714.161748 4634.909744 6173.273571 19836.166667 24276.901649 95444.133241 153834.103206 s/3E=1.054194E-081.036922E-042.559255E-

6、041.006166E-031.621709E-032）計算主動荷載作用下基本結構產生的位移和每一塊襯砌上的作用力及力臂豎向力： 水平側向力： 自重力： 注：為分塊面積。分塊面積和分塊重心位置均可在AutoCAD中精確量出。計算過程見表2。表2 主動荷載作用力及力臂計算表截面集中力力臂00.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 198.747045 6.764760 2.904320 0.451570 0.239820 0.481980 2181.036248 6.764760 11.181632 0.329601 0.3978

7、30 0.415160 3241.058962 6.764760 23.089344 0.168370 0.479890 0.292240 4273.974643 6.764760 37.030080 0.022250 0.509570 0.320750 5287.528159 6.764760 51.406464 -0.080221 0.507020 0.221710 6290.432484 6.764760 65.928064 -0.139550 0.495910 0.013850 70.000000 7.154523 80.449664 0.000000 0.483870 -0.0279

8、20 80.000000 9.158696 94.186774 0.000000 0.476540 -0.073590 主動荷載在基本結構上產生的內力彎矩：軸力：計算過程分別見表3和表4。表3 計算表截面00.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 10.000000 0.000000 0.960540 0.191060 -48.548196 2105.511805 2.904320 0.807060 0.544700 -202.211111 3293.312813 14.085952 0.585610 0.782590 -438.645929 4

9、541.136535 37.175296 0.335300 0.917240 -681.322828 5821.875938 74.205376 0.136160 0.970470 -869.741670 61116.168857 125.611840 0.023180 0.982860 -1011.331543 71413.366101 191.539904 -0.050490 0.987420 -1167.828445 81420.520624 271.989568 -0.108980 0.969820 -1321.010807 表4 計算表截面00.000000 1.000000 0.0

10、00000 0.000000 0.000000 10.380909 0.924613 105.511805 -2.904320 37.505026 20.704386 0.709817 293.312813 -14.085952 196.607137 30.879316 0.476238 541.136535 -37.175296 458.125885 40.979152 0.203129 821.875938 -74.205376 789.668168 50.996793 0.080025 1116.168857 -125.611840 1102.537066 60.999802 -0.01

11、9895 1413.366101 -191.539904 1416.897119 70.996694 -0.081243 1420.520624 -271.989568 1437.922045 80.989801 -0.142456 1429.679320 -366.176342 1467.262261 校核：-115.5695相對誤差計算正確。 主動荷載在基本結構上產生的位移計算過程見表5表5 主動荷載在基本結構上產生的位移計算表截面00.000000 0.000000 0.000000 0.000000 11-48.548196 -21576.975982 -4315.395196 -25

12、892.371178 42-202.211111 -89871.604874 -69201.135753 -159072.740628 23-438.645929 -194953.746069 -309976.456250 -504930.202320 44-681.322828 -302810.145632 -772165.871361 -1074976.016993 25-869.741670 -386551.853547 -1368393.561557 -1754945.415104 46-1011.331543 -449480.685623 -2040642.312729 -24901

13、22.998352 27-1167.828445 -374196.142540 -2073046.629671 -2447242.772210 48-1321.010807 -145364.466398 -943415.386925 -1088779.853323 1-5738804.211210 校核：，計算正確。3） 墻底（彈性地基上的剛性梁）位移計算單位彎矩作用下墻底截面產生的轉角主動荷載作用下墻底截面產生的轉角4） 求解主動荷載作用下的力法方程式中：5） 計算主動荷載作用下各截面內力彎矩：軸力：計算過程見表6。表6 主動荷載作用下各截面內力計算表截面00.000000 0.000000

14、 89.598749 0.000000 192.712874 192.712874 1-48.548196 38.542575 79.593128 37.505026 178.184738 215.689764 2-202.211111 148.388913 35.776551 196.607137 136.790808 333.397945 3-438.645929 306.413470 -42.633710 458.125885 91.777233 549.903118 4-681.322828 491.417829 -100.306249 789.668168 39.145592 828

15、.813760 5-869.741670 682.203575 -97.939347 1102.537066 15.421839 1117.958905 6-1011.331543 874.916449 -46.816345 1416.897119 -3.834108 1413.063011 7-1167.828445 1067.629323 -10.600373 1437.922045 -15.656515 1422.265530 8-1321.010807 1250.706554 19.294496 1467.262261 -27.453140 1439.809120 四、 計算單位彈性反

16、力作用下結構內力1） 計算單位彈性反力作用下基本結構位移 計算各截面彈性反力集中力彈性反力零點假定在截面2，即；最大彈性反力值假定位于截面4，即。則任意截面的外緣彈性反力強度為：各分塊上彈性反力集中力。該集中力通過彈性反力分布圖形的形心。以上計算過程見表7。表7 各截面彈性反力計算表截面30.598897 0.299449 1.046903 0.313494 0.275660 0.149298 41.000000 0.799449 1.049763 0.839232 0.821735 0.170472 50.938338 0.969169 1.026651 0.994998 0.991807

17、0.079625 60.750653 0.844495 1.011422 0.854141 0.853972 -0.016994 70.437090 0.593871 1.014151 0.602275 0.600284 -0.048930 80.000000 0.218545 0.979753 0.214120 0.211936 -0.030503 計算集中力作用下基本結構的內力彎矩：軸力：計算過程分別見表8和表9。表8 計算表截面3456780.4990581.4533172.3189531.4944773.8686334.5761440.156450.4556060.7269770.97

18、75671.2127921.4345920.4984751.4738432.4152503.3275964.2124720.4183361.2368952.0269542.7926243.5352400.5000161.4944771.4944773.4457470.4975151.4870022.4646883.4285120.5039991.5046742.5005630.4304861.2852042.1358340.5680781.5639670.3421400.9419390.6047770.129495-0.156451-0.873942-2.461387-4.922010-8.0

19、97448-11.605612表9 計算表截面30.149298 0.131280 0.275660 0.131280 0.000000 40.319770 0.313103 1.097395 0.222913 0.090191 50.399395 0.398114 2.089203 0.167188 0.230925 60.382401 0.382326 2.943175 -0.058556 0.440881 70.333471 0.332368 3.543459 -0.287880 0.620249 80.302968 0.299878 3.755395 -0.534979 0.83485

20、7 計算集中力在基本結構上產生的位移計算過程見表10表10 在基本結構上產生的位移計算表截面3-0.156451 -69.53395568-110.5589895-180.09294524.000000 4-0.873942 -388.4187001-990.4676853-1378.8863852.000000 5-2.461387 -1093.949901-3872.582648-4966.5325484.000000 6-4.922010 -2187.559922-9931.522045-12119.081972.000000 7-8.097448 -2594.588087-14374.

21、018-16968.606094.000000 8-11.605612 -1277.085412-8288.284326-9565.3697381.000000 -21461.33043-103560.9023-125022.2328校核：，計算正確。2） 求解彈性反力作用下的力法方程（rad）式中：3） 計算單位彈性反力作用下各截面內力彎矩：軸力：計算過程見表11。表11 單位彈性反力作用下各截面內力計算表截面00.000000 0.000000 -2.321293 0.000000 2.053566 2.053566 10.000000 0.410713 -1.910580 0.00000

22、0 1.898753 1.898753 20.000000 1.581246 -0.740047 0.000000 1.457655 1.457655 3-0.156451 3.265170 0.787426 0.000000 0.977987 0.977987 4-0.873942 5.236593 2.041358 0.090191 0.417139 0.507330 5-2.461387 7.269624 2.486944 0.230925 0.164337 0.395262 6-4.922010 9.323190 2.079887 0.440881 -0.040857 0.400025

23、 7-8.097448 11.376756 0.958015 0.620249 -0.166837 0.453411 8-11.605612 13.327643 -0.599262 0.834857 -0.292543 0.542314 六、計算最大彈性反力計算位移和，計算過程見表12。表12 和計算表截面40.000000 -100.306249 2.041358 0.000000 0.000000 250.990272 -97.939347 2.486944 -43105.152363 1094.555790 461.991354 -46.816345 2.079887 -41434.62

24、9036 1840.796103 272.992029 -10.600373 0.958015 -10162.655189 918.455913 483.987918 19.294496 -0.599262 8467.038608 -262.975122 1-287473.449674 11470.663894 （rad）(rad)(m)(m)七、計算贅余力八、計算襯砌截面總內力并校核計算精度1）計算襯砌截面總內力彎矩：軸力：計算過程見表13表13 襯砌截面總內力計算表截面089.598749 -79.466055 10.132694 192.712874 70.300819 263.013693 0.038525 179.593128 -65.405891 14.187237 215.689764 65.001018 280.690782 0.050544 235.776551 -25.334424 10.442127 333.397945 49.900692 383.298637 0.027243 3-42.633710 26.956363 -15.677347 549.903118 33.479936 583