1、毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线二次衬砌内力计算一、基本资料铁炉子沟二级公路隧道，结构断面如附图 1 所示，围岩级别为 V 级，容重, 围岩的弹性抗力系数 ，,衬砌材料为 C25 混凝土，39.1mkN 36/02.mkNK弹性模量 ，容重 ,荷载按松散压力的 42%计。kPa105.2E7h3h/附图 1 衬砌结构断面二、荷载确定1.围岩竖向均布压力： 10.452sqrw式中： 围岩级别，此处 5；s围岩容重，此处 39.mkN跨度影响系数， ，其中毛洞跨度1()il毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线11.7+20.06=11.82m，其中 0.06m 为一侧平均超挖量，
2、12.70.612.8ml m时，5，此处 1+0.1(11.82-5）=1.682。.i .(.5)1.782式中：q=0.45 围岩竖向均布压力 q 按松9406915散压力的 42%计：q=240.9970.42=101.219kPa此处超回填层重忽略不计。2.围岩水平均布压力:e=0.4q=0.4 101.219=40.487kPa。三、衬砌几何要素1.衬砌几何尺寸内轮廓线半径: R1=5.40m R4=7.64m r=1.00m截面厚度恒为: d=0.45,m外轮廓半径: R3=5.85m R2=8.09m =1.45m r内径 R1,R4 所画曲线的终点截面与竖直轴的夹角:901
3、276.104拱轴线半径： 5.625m m d5R865.7d0R4拱轴线各段圆弧中心角： 90 14.276212.半拱轴线长度 及分段轴长SS分段轴线长度： m,83125.6.538091m , 17.6.4380276.12R半拱轴线长度： 9.00636m.21S将半拱轴线等分为 8 段，每段轴长为：=1.125795m .4961.5320衬砌结构计算图示毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线附图 2由上图量接缝中心点坐标：几何要素表 附表 1接缝中心点坐标 截面与竖直轴夹角（度) x y0 0 0 01 13.7748 1.3393 0.16182 27.5496 2.60
4、17 0.63783 41.3243 3.7143 1.40074 55.0991 4.6113 2.40665 68.8739 5.2469 3.59766 82.6487 5.5788 4.90537 94.5401 5.6003 6.18518 90 5.3821 7.5645四、计算位移1、单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算见附表 2单位位移计算表毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线附表 2 截面 a sina cosa x y0 0 0 1 0 01 13.7748 0.2381 0.9712 1.3393 0.16182 27.5496 0.4625
5、0.8866 2.6017 0.63783 41.3243 0.6603 0.7510 3.7143 1.40074 55.0991 0.8201 0.5722 4.6113 2.40665 68.8739 0.9328 0.3604 5.2469 3.59766 82.6487 0.9918 0.1280 5.5788 4.90537 94.5401 0.9969 -0.0792 5.6003 6.18518 90 1.0000 0.0000 5.3821 7.5645d I 1/I y/I y*y/I (1+y)*(1+y)/I 积分系 数1/30.45 0.00759 131.6872
6、0.0000 0.0000 131.6872 10.45 0.00759 131.6872 21.3070 3.4475 177.7487 40.45 0.00759 131.6872 83.9901 53.5689 353.2364 20.45 0.00759 131.6872 184.4543 258.3652 758.9611 40.45 0.00759 131.6872 316.9185 762.6961 1528.2204 20.45 0.00759 131.6872 473.7580 1704.3919 2783.5952 40.45 0.00759 131.6872 645.96
7、54 3168.6542 4592.2723 20.45 0.00759 131.6872 814.4988 5037.7563 6798.4411 40.45 0.00759 131.6872 996.1481 7535.3627 9659.3462 1 1053.4979 3021.9896 14507.0148 21604.4919 单位位移值计算如下： ds 1053.4979=40.204210-6.110shMEIhS1niI7095.23021.9896=115.326810-6.2201.342950.713.20nssihhydE14507.0148=553.624610-6
8、.222 701.98.6.450nssihhSEII 计算精度校核为：40.202410-6+2115.326810-6+553.624610-6=824.480610-612(47.3.12)091.25021604.4919=824.482310-6.271)98495.510nsihSyI闭合差0。2、载位移主动荷载在基本结构中引起的位移毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线砌块受力示意图 ()i-1pipi () ip附图 3(1)每一砌块上的作用力竖向力： =qiQib式中： 衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度,由附图 2 量得，结ib果见附表 3.水平压力：。iiEeh式中
9、： 衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由附图 2 量得，ih结果见附表 3.自重力: hiiSdG21i式中： di接缝 i 的衬砌截面厚度。注：计算 G8 时应使第八个砌块的面积乘以 .hG8 的面积量得为 0.4860m2，所以 G8= 0.4860 =11.1780h外荷载计算表毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线附表 3截面 q bi e hi Q G E0 0 0 0 0 0 0 01 101.2187 1.3929 40.4875 0.1683 140.9876 13.9666 6.8140 2 101.2187 1.3128 40.4875 0.4951 132.879
10、9 13.9666 20.0454 3 101.2187 1.1572 40.4875 0.7934 117.1303 13.9666 32.1228 4 101.2187 0.9350 40.4875 1.0430 94.6395 13.9666 42.2285 5 101.2187 0.6590 40.4875 1.2387 66.7031 13.9666 50.1519 6 101.2187 0.3451 40.4875 1.3599 34.9306 13.9666 55.0589 7 101.2187 0.0002 40.4875 1.4036 0.0202 13.9666 56.82
11、82 8 101.2187 0.0000 40.4875 1.3399 0.0000 13.6505 54.2492 (2)外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由附图 2 中量得，分别计为 。egqa、内力按下式计算：弯矩 Q G E0ipM1,ipix1()G1iyqagc轴力 = +0ipN1,ipcosiiQaE式中： 相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算：ixy1iiix的计算见附表 4 及附表 5.0,ipMN载位移 计算表0pM附表 4截面 集中力 力臂Q G E aq ag ae0 0 0 0 0 0 01 140.9876 13.9666 6.8140
12、0.6429 0.6648 0.30272 132.8799 13.9666 20.0454 0.5523 0.6168 0.4473 117.1303 13.9666 32.1228 0.43 0.5334 0.56574 94.6395 13.9666 42.2285 0.2829 0.4192 0.65185 66.7031 13.9666 50.1519 0.1196 0.281 0.70046 34.9306 13.9666 55.0589 -0.0506 0.1266 0.70887 0.0202 13.9666 56.8282 -0.2124 -0.0247 0.66938 0.
13、0000 11.1780 54.2492 0 -0.1371 0.6145毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线qQa gGeEa 1iQ 1iExy 1iEQx 1iy 0pM0 0 0 0 0 0 0 0 0 0-90.6409 -9.2850 -2.0626 0 0 1.3393 0.1618 0 0 -101.9885-73.3896 -8.6146 -8.9603 154.9541 6.8140 1.2624 0.476 -195.6141 -3.2435 -391.81054-50.3660 -7.4498 -18.1719 301.8007 26.8594 1.1126 0.
14、7629 -335.7834 -20.4910 -824.07266-26.7735 -5.8548 -27.5245 432.8976 58.9822 0.897 1.0059 -388.3091 -59.3302 -1331.8647-7.9777 -3.9246 -35.1264 541.5036 101.2106 0.6356 1.191 -344.1797 -120.5419 -1843.6151.7675 -1.7682 -39.0258 622.1734 151.3625 0.3319 1.3077 -206.4993 -197.9367 -2287.07750.0043 0.3
15、450 -38.0351 671.0705 206.4214 0.0215 1.2798 -14.4280 -264.1781 -2603.36950.0000 1.5325 -33.3361 685.0573 263.2497 -0.2182 1.3794 149.4795 -363.1266 -2848.8202696.2353 317.4988 载位移 计算表0pN附表 5截面 sina cosa (Q+G) Esina(Q+G) cosaE0pN0 0 1 0 0 0 0 01 0.2381 0.9712 154.9541 6.8140 36.8956 6.6181 30.2775 2
16、 0.4625 0.8866 301.8007 26.8594 139.5877 23.8138 115.7739 3 0.6603 0.7510 432.8976 58.9822 285.8510 44.2947 241.5563 4 0.8201 0.5722 541.5036 101.2106 444.1104 57.9085 386.2018 5 0.9328 0.3604 622.1734 151.3625 580.3567 54.5543 525.8024 6 0.9918 0.1280 671.0705 206.4214 665.5545 26.4122 639.1423 7 0
17、.9969 -0.0792 685.0573 263.2497 682.9078 -20.8380 703.7458 8 1.0000 0.0000 696.2353 317.4988 696.2353 0.000000 696.2353 基本结构中，主动荷载产生弯矩的校核:-101.219(11.6044/2)(5.382111.60444)=-1457.073642808BxqM=-1244.2789He284.7.0-160.4687 (见附表 6)giiigaxG808-1457.0736-1244.2789-160.4687=-2861.82120eqp另一方面，从附表 4 中得到
18、-2848.820208pM毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线闭合差 =0.4543% 3256.093.8190.6%24-81计算表 8gM附表 6截面 Gi X8 Xi gia-Gi(X8-Xi+ )gia1 13.9666 5.3821 1.3393 0.6648 -65.74912 13.9666 5.3821 2.6017 0.6168 -47.44733 13.9666 5.3821 3.7143 0.5334 -30.74324 13.9666 5.3821 4.6113 0.4192 -16.62025 13.9666 5.3821 5.2469 0.281 -5.8
19、1296 13.9666 5.3821 5.5788 0.1266 0.97917 13.9666 5.3821 5.6003 -0.0247 3.39258 11.1780 5.3821 5.3821 -0.1371 1.5325 -160.4687(3)主动荷载位移 主 动 荷 载 位 移 计 算 表 附表 7截面0pM1/I y/I (1+y) IM0pIy0pIy1M0p积分系数1/30 0.0000 131.6872 0.0000 1 0 0 0 11 -101.9885 131.6872 21.3070 1.1618 -13430.5839 -2173.0685 -15603.65
20、24 42 -391.8105 131.6872 83.9901 1.6378 -51596.4500 -32908.2158 -84504.6658 23 -824.0727 131.6872 184.4543 2.4007 -108519.8559 -152003.7621 -260523.6180 44 -1331.8647 131.6872 316.9185 3.4066 -175389.5953 -422092.6001 -597482.1954 25 -1843.6150 131.6872 473.7580 4.5976 -242780.5722 -873427.3864 -111
21、6207.9586 46 -2287.0775 131.6872 645.9654 5.9053 -301178.9270 -1477372.9908 -1778551.9178 27 -2603.3695 131.6872 814.4988 7.1851 -342830.5498 -2120441.2334 -2463271.7832 48 -2848.8202 131.6872 996.1481 8.5645 -375153.2735 -2837846.9371 -3213000.2105 1 -1420576.4884 -6431592.1174 -7852168.6058 - 1420
22、576.4884 54212.8110 -60011spppshhMSdEII 7195.2 6431592.1174 245445.9110 -60022spppshhy70. 7852168.6058 p02()ppspshhyMSdIEI 71095.2毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线299658.7210 -6闭合差 =0。3、载位移单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移（1）各接缝处的抗力强度抗力上零点假设在接缝 3， 41.3243 ； b最大抗力值假定在接缝 5， =67.8739 ； h最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：hbi22cos查附表 2，算得： 03 .
23、54096h 5最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： 2(1)ii hy式中： 所考察截面外缘点到 点的垂直距离；iy墙角外缘点到 点的垂直距离。hh由附图 2 中量得： 1.3599m 2.7635m 4.1034m67y8y则： h 0.891h 0.54608按此比例将所求得的抗力绘于附图 2 上。（2）各楔块上抗力集中力 iR按下式近似计算： 外 iiii S1式中： 楔块 外缘长度。iS外 i（3）抗力集中力与摩擦力的合力 iR按下式计算：21ii式中： 围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取 ，则 Ri=1.0198 0.2毕业设计（论文）报告纸共 页 第 页装订线.其作用方向与抗力集
24、中力 的夹角 ， 的作用点iRiR1.309arctgiR即为 与衬砌外缘的交点。i将 的方向线延长，使之交于竖直轴，量取夹角 ，将 分解为水i ki平和竖直两个分力： sinHkRcosVikR以上计算列入附表 8。弹性抗力及摩擦力计算表 附表 8截面 ）（ hi）（ hi12外iS）（ hiRkksinkcos）（ hHR）（ hV3 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 4 0.5451 0.2725 1.4064 0.3909 61.7083 0.8805 0.4740 0.3442 0.1853 5 1.000
25、0 0.7725 1.4064 1.1081 74.0604 0.9616 0.2746 1.0655 0.3043 6 0.8902 0.9451 1.4064 1.3555 86.9166 0.9986 0.0538 1.3536 0.0729 7 0.5464 0.7183 1.3916 1.0194 100.1280 0.9844 -0.1758 1.0035 -0.1793 8 0.0000 0.2732 1.3475 0.3755 109.0822 0.9451 -0.3269 0.3548 -0.1227 （4）计算单位抗力及其相应摩擦角在基本结构中产生的内力弯矩： ijiMRr轴力： sncosi vhNR式中： 力 至接缝中心点 的力臂，由附图 2 量得。jirj ik计算见附表 9 及附表 10。 计算表 0M附表 9
