地铁区间隧道的结构设计演示幻灯片.ppt

地下铁道结构计算设计流程用于理论计算的力学模型：作用与反作用模型：亦可称为荷载——结构模型。或简称为结构力学方法。如弹性地基框架、全部支承或部分支承弹性地基圆环等。连续介质模型：这种类型亦可称为地层与结构模型。或简称为连续介质力学方法。包括解析法和数值法。解析法又可分为封闭解和近似解。数值法以有限元法为主。用于设计的模型：以工程类比法为依据的经验设计法以现场量测和室内试验为主的实用设计法，如以隧道洞周围岩变形量测为依据的约束与收敛法。1.作用在地下铁道结构上的荷载（1）荷载分类结构的计算荷载应根据上述3类荷载同时存在的可能性进行最不利组合。一般来说，对于浅埋地下铁道结构物以基本组合（仅考虑永久荷载和可变荷载）最具有工程意义。只有在特殊情况下，如7度以上地震区，或有战备要求等才有必要按照偶然组合即将3类荷载都进行考虑来验算。（2）地层压力计算方法（2）地层压力计算方法（2）路面活荷载计算方法（2）根据马斯顿（Marston）及波士顿规范（BostonCode）法分析的方法，活荷载向下传递时，假定荷载板的边缘垂直呈α角度扩散，且认为压力均匀分布在该面积上。（3）克格勃法，假定荷载板下的压力强度是均匀的，而其在外扩散角β的范围内，直线地逐渐减为0。1）侧墙自重计算：梗肋部分的重量不考虑；侧墙高度采用计算轴线长度；侧墙厚度采用节点的中心厚度。结构内部主要荷载有轨道自重、列车荷载、站内人群荷载、变电所或电气室等的机械荷载。轨道自重和列车荷载，普通情况下不考虑，但是对不直接加于地基上而作用在楼板上的列车荷载，则应计算在内。在车站结构内的中间2层楼乘降站台等的人群荷载，一般按5~6kPa左右计算。关于机械荷载，希望尽可能采取实际重量。（5）作用在结构底面的荷载路面荷载土压力土压力底板自重主动荷载模型主动荷载加地层弹性约束模型地层实地量测荷载模型（1）和（3）模型中的基底反力以及（2）模型中的弹性抗力如何计算？关于框架结构基底反力，通常可以采用两种计算方法：（1）假设结构是刚性体，则基底反力的大小和分布即可根据静力平衡条件求得。（2）假设结构为温克勒地基上的框架结构，根据地基变形运用公式（10.11）计算基底每一点的反力。若采用矩阵位移法分析框架结构内力，这两种计算基底反力的方法可以用同一的程序解决。（1）将框架的上部划分为普通等截面直梁单元，将框架底板划分为弹性地基上等截面直梁单元。（2）计算整体坐标系下的普通等直梁单元的刚度矩阵。（3）计算整体坐标系下弹性地基上等直梁单元的刚度矩阵，仅考虑方向弹性抗力时，公式如下：假设切向弹性抗力亦符合温氏假定：因切向弹性抗力仅与轴力和轴向位移有关，因此只要对前述公式中有关轴力和轴向位移项进行以下修正即可：（4）将分布荷载按静力等效的原则离散为等效节点力。（5）按直接刚度法原理组装结构体系的总体刚度矩阵和荷载列阵，形成结构体系的刚度方程：（6）对刚度方程引入必要的位移约束条件。对于弹性地基上的平面框架，可假设其底板中点的水平位移为零。（7）求解刚度方程，得到结构体系的节点位移：（8）根据各单元节点的位移和底板各节点的竖向位移计算各单元的内力和基底竖向反力：（1）将框架全部划分为普通等值梁单元；（2）根据静力平衡条件求出基底反力的大小和分布，并将其视为外荷载按静力等效的原则离散为等效的节点力；（3）除了假设底板中点水平位移为0外，还需要增加边墙中点的竖向约束。（3）矿山法隧道衬砌结构计算弹性地基梁模型弹性支承链杆模型（1）将折线拱的全部杆件均视为普通等直梁单元。（2）将脱离区以外的分布的弹性抗力用一些离散的弹性支承链杆来代替，并作用在折线的节点处。其方向为沿结构轴线的法向，如需考虑切向弹性抗力，还应在节点处设置切向弹性支承链杆。采用矩阵位移法时，弹性支承链杆的整体坐标系下的单元刚度矩阵为：（4）盾构法隧道衬砌结构计算2）考虑侧向水平弹性抗力法处于能够提供侧向弹性抗力的地层，如硬粘土、砂性土中的整体式或装配式圆形衬砌均可采用此方法。在此方法中的假定作用方向与分布：其余任一点的侧向水平弹性抗力均为最大值的函数，即基底竖向反力按均布考虑，并根据静力平衡条件计算其值。在装配式衬砌中，若接头刚度较小，则衬砌的整体刚度也将有所减弱，有助于发挥地层的承载力，改善结构受力状态。为了使设计经济、合理，在进行结构内力分析时应考虑接头对刚度的影响，目前较适用的方法是：按MuirWood经验公式确定装配式衬砌的有效惯性矩Ie：按照日本土木协会的《盾构用标准管片》（1982）中的规定，如为错缝拼装的平板型管片，其计算刚度的方法为：按考虑侧向水平弹性抗力法分析衬砌内力时，衬砌环中各截面的弯矩M和轴力N仅需在自由变形弹性匀质圆环法的基础上叠加表中所示的值。3）弹性地基梁法或弹性支承链杆法所用假定与有关公式和暗挖马蹄形衬砌的相同。国家国家