地下工程課程設(shè)計

《地下工程》課程設(shè)計——新奧法隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計姓名：班級：學(xué)號：指導(dǎo)老師：華中科技大學(xué)土木工程與力學(xué)學(xué)院2015年12月目錄1、設(shè)計任務(wù)書 32.1基本設(shè)計資料 32.2設(shè)計要求 42.3參考資料 42、計算工況 52.1參數(shù) 52.2圍巖壓力 52.3擬定二次襯砌截面尺寸 53、襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力 64、襯砌結(jié)構(gòu)配筋 121、設(shè)計任務(wù)書1.1基本設(shè)計資料（1）工程概況某三心圓帶仰拱隧道，隧道內(nèi)凈空的高度為8.8m，內(nèi)凈空寬度為11m，建筑限界和內(nèi)凈空的橫斷面形狀和尺寸如圖2-1所示，地表至隧道內(nèi)凈空頂部H=20~60m。擬采用新奧法復(fù)合式支護結(jié)構(gòu)，二次襯砌采用C25鋼筋混凝土，混凝土彈性模量Ec=29.5GPa，泊松比μc=0.2，鋼筋采用HRB335，鋼筋抗拉強度標準值為340MPa。（2）圍巖性質(zhì)假設(shè)隧道所在土體為黏性土，圍巖級別為Ⅴ級，平均γ=18~20kN/m3，平均黏聚力c=30~60kPa，內(nèi)摩擦角φ=20~30°，泊松比為0.33~0.37，變形模量E為15~30MPa。圖1-10襯砌橫斷面尺寸（單位：cm）1.2設(shè)計要求（1）確定具體計算工況，包括選定隧道埋深、土體黏聚力、內(nèi)摩擦角、變形模量等指標。（各位同學(xué)之間不得雷同）。（2）根據(jù)經(jīng)驗，初步擬定二次襯砌截面尺寸。（3）確定隧道埋深條件（深埋或淺埋），并計算圍巖壓力。深埋隧道采用普氏理論進行計算，淺埋隧道采用巖柱理論或太沙基松動理論進行計算，超淺埋隧道采用土柱理論進行計算。（4）采用荷載-結(jié)構(gòu)模型(假定抗力計算模型或彈性地基梁計算模式)計算二次襯砌內(nèi)力，計算中只考慮圍巖壓力和二次襯砌結(jié)構(gòu)自重，直接按照標準值進行組合，無需考慮荷載組合分項系數(shù)。（5）驗算截面承載力，優(yōu)化截面尺寸，并進行配筋設(shè)計。驗算中，只需進行正截面抗拉、抗壓、抗彎驗算，無需進行正截面和斜截面抗剪驗算、裂縫驗算、變形驗算等。（6）編寫設(shè)計計算書。1.3參考資料（1）公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTGD70-2004)；（2）《公路隧道設(shè)計細則》JTGTD70—2010。2、計算工況2.1參數(shù)圍巖性質(zhì)：圍巖級別V級，平均重度γ=18kN/m3，平均粘聚力c=50kPa，內(nèi)摩擦角?=20°，泊松比μ=0.35，變形模量E=25Mpa，地表至隧道內(nèi)凈空頂部H=50m。寬度影響系數(shù)：w坍落拱高度：hHH故隧道為深埋，采用普氏理論計算圍巖壓力。2.2圍巖壓力洞頂豎向壓力：q側(cè)向壓力：ee2.3擬定二次襯砌截面尺寸 參考《公路隧道設(shè)計細則》JTGTD70—2010的表13.2.3整體式襯砌設(shè)計參數(shù)，初步擬定二次襯砌截面厚度為50cm。 二次襯砌采用C25鋼筋混凝土，彈性模量Ec=29.5Gpa，泊松比μc=0.2，鋼筋采用HRB335，鋼筋抗拉強度標準值為340MPa。3、襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力利用ANSYS軟件，采用彈性地基梁模型計算襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，計算流程如圖3.1所示。圖3.1襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算流程圖編程命令流：!(1)創(chuàng)建物理環(huán)境fini/clear/TITLE,TunnelSupportStructuralAnalysis!進入前處理器/PREP7!定義單元ET,1,BEAM3!定義梁單元ET,2,COMBIN14!定義彈簧單元!定義材料屬性MP,EX,1,2.95E10!混凝土襯砌彈性模量MP,PRXY,1,0.2!凝土襯砌泊松比MP,DENS,1,2500!混凝土襯砌密度!定義實常數(shù)R,1,0.50,0.50*0.50*0.50/12,0.50,!襯砌面積,慣性矩,厚度!(2)建立幾何模型!創(chuàng)建隧道襯砌支護關(guān)鍵點!定義曲率中心點K,1,0,11.7,!L1曲率中心K,2,4.1824,-1.6607,!L2曲率中心K,3,0,0,!L3/L4曲率中心K,4,-4.1824,-1.6607,!L5曲率中心K,5,-4.4811,-2.615,!由節(jié)點坐標生成關(guān)鍵點K,6,4.4811,-2.615,K,7,5.1118,-2.0297,K,8,0,5.5,K,9,-5.1118,-2.0297,!創(chuàng)建隧道襯砌支護線LARC,5,6,1,15!由2個端點及曲率中心加半徑生成弧線LARC,6,7,2,1LARC,7,8,3,5.5LARC,8,9,3,5.5LARC,9,5,4,1!(3)劃分網(wǎng)格，生成隧道襯砌支護單元lsel,s,line,,1,5,1!選擇線L1-L5LATT,1,1,1!給所選的線賦予材料特性lsel,s,line,,1LESIZE,all,,,8!設(shè)置網(wǎng)格劃分份數(shù)為4lsel,s,line,,2,5,3LESIZE,all,,,1lsel,s,line,,3,4,1LESIZE,all,,,10,lsel,allLmesh,all!線網(wǎng)格劃分，生成支護單元!(4)添加彈簧單元/PNUM,NODE,1!打開節(jié)點號開關(guān)!生成30根彈簧單元!彈簧節(jié)點號，彈簧剛度，彈簧相對位置psprng, 1 ,tran, 101355000, -0.2987 , -0.9544psprng, 3 ,tran, 113760000, -0.2255 , -0.9742psprng, 4 ,tran, 113760000, -0.1511 , -0.9885psprng, 5 ,tran, 113760000, -0.0757 , -0.9971psprng, 6 ,tran, 113760000, 0.0000 , -1.0000psprng, 7 ,tran, 113760000, 0.0757 , -0.9971psprng, 8 ,tran, 113760000, 0.1511 , -0.9885psprng, 9 ,tran, 113760000, 0.2255 , -0.9742psprng, 2 ,tran, 98075000, 0.2987 , -0.9544psprng, 10 ,tran, 107200000, 0.9309 , -0.3652psprng, 12 ,tran, 107200000, 0.9840 , -0.1782psprng, 13 ,tran, 107200000, 0.9999 , 0.0155psprng, 14 ,tran, 107200000, 0.9780 , 0.2087psprng, 15 ,tran, 107200000, 0.9192 , 0.3938psprng, 16 ,tran, 107200000, 0.8256 , 0.5643psprng, 17 ,tran, 107200000, 0.7009 , 0.7133psprng, 18 ,tran, 107200000, 0.5497 , 0.8354psprng, 19 ,tran, 107200000, 0.3777 , 0.9260psprng, 20 ,tran, 107200000, 0.1914 , 0.9815psprng, 11 ,tran, 107200000, 0.0000 , 1.0000psprng, 22 ,tran, 107200000, -0.1954 , 0.9807psprng, 23 ,tran, 107200000, -0.3815 , 0.9244psprng, 24 ,tran, 107200000, -0.5531 , 0.8332psprng, 25 ,tran, 107200000, -0.7038 , 0.7104psprng, 26 ,tran, 107200000, -0.8279 , 0.5608psprng, 27 ,tran, 107200000, -0.9208 , 0.3900psprng, 28 ,tran, 107200000, -0.9788 , 0.2046psprng, 29 ,tran, 107200000, -1.0000 , 0.0113psprng, 30 ,tran, 107200000, -0.9832 , -0.1823psprng, 21 ,tran, 98075000, -0.9294 , -0.3691!(5)保存模型allsSAVEFINISH!(6)施加約束和荷載/SOL!施加約束NSEL,S,NODE,,31,60,1!選擇隧道支護線上所有節(jié)點d,all,uy,0!對所選擇節(jié)點約束X方向位移d,all,ux,0!對所選擇節(jié)點約束Y方向位移!施加重力加速度allselACEL,acely,0,9.8,0,!施加圍巖壓力allself,11,fx,0 $f,11,fy,-2.209E+05f,20,fx,-2.136E+04$f,20,fy,-2.167E+05f,19,fx,-4.299E+04$f,19,fy,-2.044E+05f,18,fx,-6.500E+04$f,18,fy,-1.842E+05f,17,fx,-8.717E+04$f,17,fy,-1.571E+05f,16,fx,-1.089E+05$f,16,fy,-1.240E+05f,15,fx,-1.291E+05$f,15,fy,-8.625E+04f,14,fx,-1.465E+05$f,14,fy,-4.522E+04f,13,fx,-1.595E+05$f,13,fy,-1.204E+04f,22,fx,2.136E+04$f,22,fy,-2.167E+05f,23,fx,4.299E+04$f,23,fy,-2.044E+05f,24,fx,6.500E+04$f,24,fy,-1.842E+05f,25,fx,8.717E+04$f,25,fy,-1.571E+05f,26,fx,1.089E+05$f,26,fy,-1.240E+05f,27,fx,1.291E+05$f,27,fy,-8.625E+04f,28,fx,1.465E+05$f,28,fy,-4.422E+04f,29,fx,1.595E+05$f,29,fy,-1.204E+04f,12,fx,-1.665E+05f,10,fx,-8.414E+04f,30,fx,1.665E+05f,21,fx,8.414E+04!(7)求解分析修改模型!進入求解器allselsolve!進行求解!進入后處理器/POST1PLDISP,1!繪制結(jié)構(gòu)變形圖!定義單元表etable,str1,NMISC,1esel,s,,,31,60pretab,str1FINISH!進入前處理器刪除受拉彈簧單元/PREP7*do,i,42,58,1EDELE,indele,i*enddoallselfini/solusolve!進行求解!(8)繪制最終結(jié)構(gòu)變形圖/POST1!進入后處理器PLDISP,1!繪制最終結(jié)構(gòu)變形圖!(9)制節(jié)點彎矩、剪力、軸力表ETABLE,IMOMENT,SMISC,6!制結(jié)構(gòu)彎矩表ETABLE,JMOMENT,SMISC,12ETABLE,ISHEAR,SMISC,2!制結(jié)構(gòu)剪力表ETABLE,JSHEAR,SMISC,8ETABLE,ZHOULI-I,SMISC,1!制結(jié)構(gòu)軸力表ETABLE,ZHOULI-J,SMISC,7!(10)設(shè)置彎矩、剪力、軸力標題并繪制出分布圖/TITLE,BENDINGMOMENTdistributionPLLS,IMOMENT,JMOMENT,-0.8,1!繪制結(jié)構(gòu)彎矩分布圖/TITLE,SHEARforcedistributionPLLS,ISHEAR,JSHEAR,1,1