公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

1、本科課程設(shè)計(jì)題目： 公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算第一章課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1第二章擬定隧道的斷面尺寸 3第一節(jié)隧道的建筑限界3第二節(jié)隧道的襯砌斷面4第三章隧道的襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算 5第一節(jié)基本資料 5第二節(jié)荷載確定 5第三節(jié)襯砌幾何要素 5第四節(jié)計(jì)算襯砌總內(nèi)力 6第四章襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算 7第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)是地下建筑風(fēng)水電工程課程教學(xué)的重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是使學(xué)生熟練掌握隧道設(shè)計(jì)計(jì)算原理和計(jì)算方法的重要內(nèi)容，為進(jìn)一步的畢業(yè)論文和以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。要求每個(gè)學(xué)生高度重視，必須認(rèn)真按時(shí)完成。2、 課程設(shè)計(jì)題目及資料1、 課程設(shè)計(jì)題目：公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算某隧道通過(guò)級(jí)圍巖，埋深H=20m， 隧道圍巖天

2、然容重 =25KN/m3， 計(jì)算摩擦角 =50 ,采用鉆爆法施工。要求按高速公路設(shè)計(jì)速度60km/h 或 80km/h 或 100km/h 考慮公路隧道建筑限界的橫斷面：1） 按公路隧道要求對(duì)隧道襯砌進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（擬定結(jié)構(gòu)尺寸）；2） 按規(guī)范確定該隧道的豎向均布?jí)毫蛡?cè)向分布?jí)毫Γ?） 計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力（畫(huà)出彎矩圖和軸力圖）；4） 對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行配筋驗(yàn)算。2、 參考資料：（ 1 ） 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D70-2004, 人民交通出版社，2004 年 9 月；（ 2） 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD62-2004, 人民交通出

3、版社，2004 年；（ 3） 夏永旭編著隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算，人民交通出版社，2004 年；（ 4） 本課程教材地下建筑風(fēng)水電工程，人民交通出版社；（ 5） 有關(guān)隧道設(shè)計(jì)圖紙；3、 課程設(shè)計(jì)做法指導(dǎo)1、 根據(jù)題目要求，按照隧道設(shè)計(jì)章節(jié)的做法擬定隧道結(jié)構(gòu)的截面尺寸，包括輪廓線半徑和厚度等；2、 按照比例（例如1： 100）繪制橫斷面圖；3、 按照 04 年發(fā)布的公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D70-2004 確定隧道圍巖豎向壓力和水平壓力；4、 隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算（可按參考資料（3）中的計(jì)算步驟進(jìn)行），要求寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，并畫(huà)出彎矩圖和軸力圖；5、 每位學(xué)生提交的課程設(shè)計(jì)成果（計(jì)算書(shū)）：1 ) 按比例繪制的隧

4、道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙一張；2) 按上述要求進(jìn)行的計(jì)算過(guò)程和計(jì)算結(jié)果。11.xls附：計(jì)算表。第二章 擬定隧道的斷面尺寸第一節(jié) 隧道的建筑限界以 80km/h 考慮公路隧道建筑限界的橫斷面。根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D-2004)有關(guān)條文規(guī)定，隧道的建筑限界高度H 取 5m，行車道寬度取3.75*2m，左側(cè)向?qū)挾萀L 取0.5m，右側(cè)向?qū)挾萀R取 0.75m，檢修道寬度J取 0.75m，檢修道高度d 取 0.5m，建筑限界頂角寬度EL 取 0.5m， ER 取 0.75m,如圖1 所示。CM)第二節(jié) 隧道的襯砌斷面根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D-2004) 有關(guān)條文規(guī)定，擬定隧道的襯砌，襯砌材料

5、為C20 混凝土，彈性模量Eh=2.8*10 7kPa，重度 h=23kN/m3，襯砌厚度取60cm，如圖所示。2-2 隧道襯砌斷面第三章 隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算第一節(jié) 基本資料某一級(jí)公路隧道，結(jié)構(gòu)斷面如圖2-1 所示。圍巖級(jí)別為級(jí)，埋深H=20m，隧道圍巖天然容重 =25kN/m3，計(jì)算摩擦角 =500，襯砌材料為C20混凝土，彈性模量Eh=2.8*10 7kPa，3重度 h=23kN/m 。第二節(jié) 荷載確定1 ·圍巖豎向均布?jí)毫-1hq=q/ =0.45 × 2s-1 式中：s圍巖級(jí)別，此處s=4； 圍巖重度，此處 =25kN/m3 跨度影響系數(shù)， =1+i （ B-5）

6、，標(biāo)準(zhǔn)斷面B=12.22m 所以有1.722hq=q/ =0.45×24-1×1.722 =6.199mH p2.5hq2.5 6.199 15.498mpqH Hp故該隧道屬于深埋隧道，圍巖豎向均布?jí)毫 0.45 2s 10.45 24 1 25 1.722 154.98kPa此處超挖回填層重度忽略不計(jì)。2 ·圍巖水平均布?jí)毫?cè)向壓力e，按均布考慮是， 其值為e= 0.25q=0.25154.98=38.745kPa第三節(jié) 襯砌幾何要素1 ·襯砌幾何尺寸r 1=5.43m， r2=7.93m； r3 =15m;采用等截面襯砌，襯砌厚度d=0.6m；外

7、輪廓半徑R1=r 1+d=5.43+0.60=6.03mR2=r 2+d=7.93+0.60=8.53mR3 = r3 +d=15+0.6=15.6m第四節(jié) 計(jì)算襯砌總內(nèi)力12第四章 襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算承載能力極限狀態(tài)計(jì)算。混凝土和砌體矩形截面中心及偏心受壓構(gòu)件，其受壓承載力按照下式計(jì)算KN kR a bh式中Nk軸向力標(biāo)準(zhǔn)值，取Nk 4890KNK 安全系數(shù)，查規(guī)范可?。篕=2Ra 混凝土襯砌軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值17MPa軸向力偏心影響系數(shù)0.374M100 104e 0.2045e4 0.20450.34N489 104h 0.69.625h 0.616.04 則查 公路隧道規(guī)范可知彎曲縱向系

8、數(shù)取0.72帶入相關(guān)數(shù)值(b 1 d 0 . 6)可得KNk =9780000Rabh 0.72 0.374 17 106 1 0.6 2746656可見(jiàn)等式左邊大于等式右邊，因此軸力最大處底部不能通過(guò)檢算。由上述內(nèi)力計(jì)算，取M 1 106N m， N 4890 kN 進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，襯砌管片同時(shí)受到較大的正彎矩與負(fù)彎矩，采用對(duì)稱配筋。簡(jiǎn)化模型為 b=1000mm， h=600mm，保護(hù)層厚度取40mm.確定鋼筋和混凝土的材料強(qiáng)度和幾何參數(shù)C25混凝土，fc 11.9kN/mm2 ； HRB335級(jí)鋼筋，fy fy 300N /mm2；b 1000mm，as as 40mm h 600mm，h0 600 40 560mm；HRB335級(jí)鋼筋，C25混凝土，1 0.8 b 0.550。判斷大、小偏心受壓3N4890 100.7338 b 0.550 為 小 偏 心 受1 fcbho 1 11.9 1000560b壓，則：xho 0.7338 260 410.928mm 0.55ho 308mm求As及 As根據(jù)eoM 0.2045 m 204.5 mm ，3030ei eo ea 20