地下建筑結(jié)構(gòu)的計算方法

第4章地下建筑結(jié)構(gòu)的計算方法

本章內(nèi)容概述荷載－結(jié)構(gòu)法地層－結(jié)構(gòu)法1234算例1.概述

4.1.1地下建筑結(jié)構(gòu)計算方法的發(fā)展早期完全依靠經(jīng)驗，19世紀(jì)才逐漸形成計算理論；最早的計算理論為剛性理論（壓力線理論）；柔性材料被用于地下工程后開始按彈性理論計算；逐步認(rèn)識到地層與結(jié)構(gòu)是一個受力整體，20世紀(jì)以來，按連續(xù)介質(zhì)理論建立起新的計算方法。剛性理論經(jīng)驗1.概述彈性理論連續(xù)介質(zhì)理論地下結(jié)構(gòu)體系的計算模型國際隧道協(xié)會在1978年成立了隧道結(jié)構(gòu)談倔型研究組、收集和匯總了各會員國目前采用的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法．如表4－1所示。經(jīng)過總結(jié)，國際隧道協(xié)會認(rèn)為，目前采用的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可以歸納為以下4種設(shè)計模型：1.概述(1)以參照過去隧道工程實踐經(jīng)驗進(jìn)行工程類比為主的經(jīng)驗設(shè)計法；

(2)以現(xiàn)場量測和實驗室試驗為主的實用設(shè)計方法；例如，以洞周位移量側(cè)值為根據(jù)的收斂—限制法；

(3)作用一反作用模型，即荷載一結(jié)構(gòu)模型。例如，彈性地基因環(huán)計算和彈性地基框架計算等計算法；

(4)連續(xù)介質(zhì)模型，包括解析法和數(shù)值法c數(shù)值計算法目前主要是有限單元法。1.概述從各國的地下結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐看，目前．在設(shè)計隧道的結(jié)構(gòu)體系時，主要采用兩類計算模型，一類是以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體、圍巖作為荷載同時考慮其對支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形約束作用的模型。另一類則相反，視圍巖為承載主體，支護(hù)結(jié)構(gòu)則為約束圍巖變形的模型。1.概述我國采用的設(shè)計方法似可分屬以下四種設(shè)計模型：1.荷載—結(jié)構(gòu)模型1.概述將支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖分開來考慮，支護(hù)結(jié)構(gòu)是承載主體．圍巖作為荷載；結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過彈性支承對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加約束來體現(xiàn)的，而圍巖的承載能力則在確定圍巖壓力和彈性支承的約束能力時間接地考慮。1.概述2.地層—結(jié)構(gòu)模型1.概述1.概述將支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖視力一體，作為共同承載的隧道結(jié)構(gòu)體系，故又稱為圍巖一結(jié)構(gòu)模型或復(fù)合整體模型，在這個模型中圍巖是直接的承載單元，支護(hù)結(jié)構(gòu)只是用來約束和限制圍巖的變形，這一點正好和上述模型相反。1.概述3.經(jīng)驗類比模型在大多數(shù)情況下，隧道支護(hù)體系還是依賴“經(jīng)驗設(shè)計”的，在實施過程中，依據(jù)量測信息加以修改和驗證。經(jīng)驗設(shè)計的前提要正確地對坑道圍巖進(jìn)行分類、然后在分類的基礎(chǔ)上編制支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本圖示。它是完全依靠經(jīng)驗設(shè)計地下結(jié)構(gòu)的設(shè)計模型。1.概述4.收斂限制模型其計算理論也是地層結(jié)構(gòu)法，其設(shè)計方法常稱為收斂限制法，或稱特征線法。只是計算時采用收斂—約束法圖解考慮。1.概述荷載—結(jié)構(gòu)模型模型設(shè)計的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)偏于保守

地層—結(jié)構(gòu)模型是目前隧道結(jié)構(gòu)體系設(shè)計中力求采用的或正在發(fā)展的模型，因為它符合當(dāng)前的施工技術(shù)水平。4種模型中前3種較為常用。

2.荷載—結(jié)構(gòu)法對應(yīng)于荷載－結(jié)構(gòu)模型的計算方法稱為荷載－結(jié)構(gòu)法。地層對結(jié)構(gòu)的作用只是產(chǎn)生在地下建筑結(jié)構(gòu)上的荷載，襯砌在荷載的作用下產(chǎn)生內(nèi)力和變形。

這里介紹《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（2004）中的計算方法。2.荷載—結(jié)構(gòu)法4.井2.績1設(shè)計原轉(zhuǎn)理認(rèn)為撇隧道除開挖悟后地艦層的紋作用半主要鬧是對震襯砌版結(jié)構(gòu)暈產(chǎn)生啄荷載蝕，襯沉砌結(jié)自構(gòu)應(yīng)究能安東全可嬸靠地把承受賄地層駛壓力祝等荷部載的屢作用瘦。計算盤時先彼計算膀出地鳳層壓搏力，匙然后塌按彈逗性地酸基上汁結(jié)構(gòu)羞物的駝計算番方法薄計算爽襯砌訴的內(nèi)殼力，膊并進(jìn)丹行結(jié)告構(gòu)截觸面設(shè)社計。2.荷載—結(jié)構(gòu)法4.2阻.2計算原疲理2.荷載—結(jié)構(gòu)攝法2.荷載—結(jié)構(gòu)法2.荷載—結(jié)構(gòu)法2.荷載—結(jié)構(gòu)襯法3.地層夏反力至的作妻用模扶式2.荷載—結(jié)構(gòu)環(huán)法3.地層—結(jié)構(gòu)法對應(yīng)于奸地層－采結(jié)構(gòu)模白型的計但算方法膚稱為地辣層－結(jié)味構(gòu)法。把地下疤結(jié)構(gòu)與扔地層作擔(dān)為一個貨受力變皂形的整爽體，按促照連續(xù)思介質(zhì)力烘學(xué)原理無來計算原地下建怖筑結(jié)構(gòu)吸以及周瘡圍地層紀(jì)的變形鋤；不僅勞計算出塌襯砌結(jié)扮構(gòu)的內(nèi)噸力及變水形，而竹且計算沉周圍地轎層的應(yīng)繼力。充分體斃現(xiàn)了相遺互作用探原理。這里仍彩重點介厘紹《公路隧租道設(shè)計巡壽規(guī)范》（20僵04）中孤的計薄算方窮法。4.損3.袍1設(shè)計原察理將襯炭砌和姥地層添視為擱整體斧共同喂受力藏的統(tǒng)忠一體掉系，卸在滿踩足變們形協(xié)廁調(diào)條沈件的觸前提的下分桂別計含算襯層砌與荒地層尤的內(nèi)詳力。計算方副法以有趙限單元未法為主穗。3.地層—結(jié)構(gòu)法3.地層—結(jié)構(gòu)室法4.3鉤.2計算初它始地應(yīng)葵力3.地層—結(jié)構(gòu)法3.地層—結(jié)構(gòu)忍法3初始地這應(yīng)力將初脊始自難重應(yīng)種力與脅構(gòu)造熄應(yīng)力煌疊加盞，即得初支始地應(yīng)睡力3.地層—結(jié)構(gòu)線法4.3扣.3本構(gòu)腥模型3.地層—結(jié)構(gòu)妄法3.地層—結(jié)構(gòu)法3.地層—結(jié)構(gòu)咸法3.地層—結(jié)構(gòu)法3.地層—結(jié)構(gòu)謎法3.地層—結(jié)構(gòu)受法3.地層—結(jié)構(gòu)廁法3.地層—結(jié)構(gòu)法3.地層—結(jié)構(gòu)訓(xùn)