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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 《地下建筑結(jié)構(gòu)》課程設(shè)計(jì)</p><p> 班 級(jí): 土1205-1班 </p><p> 學(xué) 號(hào): 20120665 </p><p> 姓 名: *** </p><p> 指導(dǎo)教師: 高** </p><p> 專
2、 業(yè):城市地下空間工程</p><p> 石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院</p><p> 2015-12-20</p><p><b> 1. 工程概況</b></p><p><b> 1.1 工程地質(zhì)</b></p><p> 某城市一區(qū)間隧道工程,位于城市主
3、干道下方,埋深h=10m,從上到下地層情況為:</p><p> (1) 雜填土:天然容重18.2kN/m3,粘聚力3.5kPa,內(nèi)摩擦角12°,層厚2m;</p><p> (2) 礫砂夾粉質(zhì)粘土:褐色、灰褐色、黃褐色,中密~密實(shí),飽和。含大于2mm顆粒占總重的35~45%,鉆探過(guò)程中所見(jiàn)最大粒徑80mm,粉質(zhì)粘土含量在23%以上,天然容重19.4kN/m3,飽和容重21.
4、6 kN/m3,粘聚力33.5kPa,內(nèi)摩擦角18.5°。該層分布連續(xù),層厚5m;</p><p> (3) 粉質(zhì)粘土:灰褐色,質(zhì)軟、飽和,局部夾礫砂混粒,礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主。粘粒含量6%。含大于4mm顆粒占總重的35~45%,最大粒徑80mm。該層層厚5m。該層飽和容重22.4kN/m3,平均粘聚力39.8kPa,內(nèi)摩擦角17.8°。</p><p> (4
5、) 含粘性土薄夾層圓礫:淺黃色、黃褐色,中密~密實(shí),濕~飽和,混粒結(jié)構(gòu),礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主,粘粒含量9%。含大于2mm顆粒占總重的35~45%,最大粒徑80mm。該層分布連續(xù),層厚8m。該層飽和容重23.8kN/m3,平均粘聚力29.8kPa,內(nèi)摩擦角24.8°。</p><p> (5) 風(fēng)化花崗巖:(4)層以下12m均為風(fēng)化花崗巖,中等風(fēng)化狀態(tài)。</p><p>&l
6、t;b> 1.2水文地質(zhì)特征</b></p><p> 本區(qū)段地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水,雨季豐水期的地下水位在地面以下3.0m,冬季枯水期地下水位在地面以下4m。</p><p> 1.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)特征圖</p><p> 2. 結(jié)構(gòu)尺寸及材料</p><p> 隧道結(jié)構(gòu)尺寸圖(cm)</
7、p><p><b> 2.1結(jié)構(gòu)及尺寸</b></p><p> ?。?)襯砌結(jié)構(gòu)如上圖所示(22斷面),</p><p> ?。?)本圖適用于石家莊六線隧道DK278+480 ~ DK278+728(京石客專里程)段明洞襯砌結(jié)構(gòu)。</p><p> (3)隧道采用無(wú)砟軌道,道床底面至內(nèi)軌頂面的高度為77.9cm。<
8、;/p><p> ?。?)改建京廣線、京石客專隧道軌面以上有效內(nèi)凈空面積分別為:88.75m2、100.05m2。</p><p> (5)采用明挖法施工。</p><p><b> 2.2材料</b></p><p> (1)襯砌主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土:</p><p> ?。?)拱部、邊墻、底
9、板:C35鋼筋混凝土;</p><p> (3)水溝及電纜槽槽身:C25混凝土;</p><p> (4)水溝及電纜槽蓋板:C35鋼筋混凝土。</p><p> ?。?)結(jié)構(gòu)底鋪設(shè)100mm厚C15混凝土墊層+150mm厚碎石墊層。</p><p> ?。?)本圖未詳之處見(jiàn)有關(guān)說(shuō)明及圖紙。</p><p> ?。?
10、)二襯混凝土保護(hù)層厚度:迎水側(cè)40mm,背水側(cè)30mm。</p><p> ?。?)二次襯砌采用C30防滲鋼筋混凝土,防滲等級(jí)P10。</p><p><b> 3. 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p> 3.1 荷載計(jì)算,確定作用在地下結(jié)構(gòu)上的荷載</p><p><b> 結(jié)構(gòu)自重</b>&
11、lt;/p><p> 由ANSYS軟件自動(dòng)計(jì)算</p><p><b> 地面超載</b></p><p> 該區(qū)間隧道工程,位于城市主干道下方,埋深h=10m,采用明挖法施工。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》TB 10003-2005可知,該區(qū)間隧道為淺埋隧道,應(yīng)按淺埋隧道設(shè)計(jì)。這樣就會(huì)受到城市主干道車輛荷載的影響。</p><
12、p> 根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG_D60-2004)可知,車輛重力標(biāo)準(zhǔn)值為550KN,車輛外形尺寸(長(zhǎng)X寬)為15.0X2.5m2。</p><p> 隧道位于城市主干道下方,作用在路面的車輛荷載就相當(dāng)于地面超載。所以該區(qū)間隧道的地面超載為:</p><p> 地面超載為(每延米):qK地面超載=15KN/m。</p><p><b>
13、; 地層壓力</b></p><p> 由工程地質(zhì)可知,從上到下,隧道覆蓋層及周圍巖層情況依次為:雜填土,層厚2m;礫砂夾粉質(zhì)粘土,該層分布連續(xù),層厚5m;粉質(zhì)粘土,層厚5m;含粘性土薄夾層圓礫,該層分布連續(xù),層厚8m;風(fēng)化花崗巖,含粘性土薄夾層圓礫層以下12m均為風(fēng)化花崗巖,中等風(fēng)化狀態(tài)。隧道埋深為10m,大多處在含粘性土薄夾層圓礫層中,圍巖完整程度和堅(jiān)硬程度較差。根據(jù)我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)方法,
14、可以判定該區(qū)間隧道所處圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。</p><p> 根據(jù)隧道施工設(shè)計(jì)圖紙可知,開(kāi)挖坑道寬度B=26.50m。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10003-2005可知,等效荷載高度值為:</p><p> 根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10003-2005可知,隧道埋深。</p><p> 所以該區(qū)間隧道為超淺埋隧道,隧道處于城市主干道以下,地面基本水平,故隧道
15、襯砌結(jié)構(gòu)所受荷載具有對(duì)稱性。</p><p> 根據(jù)工程地質(zhì)情況,從上到下依次為:雜填土,天然容重18.2kN/m3,層厚2m;礫砂夾粉質(zhì)粘土,天然容重19.4kN/m3,飽和容重21.6kN/m3,該層分布連續(xù),層厚5m;粉質(zhì)粘土,該層飽和容重22.4kN/m3,層厚5m;含粘性土薄夾層圓礫,該層飽和容重23.8kN/m3,該層分布連續(xù),層厚8m;風(fēng)化花崗巖,含粘性土薄夾層圓礫層以下12m均為風(fēng)化花崗巖,中等
16、風(fēng)化狀態(tài)。</p><p> 根據(jù)水文地質(zhì)特征,本區(qū)段地下水類型為第四系松散巖類孔隙潛水,雨季豐水期的地下水位在地面以下3.0m,冬季枯水期地下水位在地面以下4m。圍巖壓力計(jì)算選擇地下水的不利情況,即按雨季豐水期的地下水位在地面以下3m計(jì)算。</p><p> 圍巖壓力的垂直均布?jí)毫椋?lt;/p><p> 圍巖壓力的水平壓力可按朗金公式計(jì)算。根據(jù)《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范
17、》GB 50157-2013,隧道所處地層為粘性土層,故在施工階段,側(cè)向水、土壓力,應(yīng)采用水土合算??拥赖膬舾撸淼篱_(kāi)挖坑道底部有2.54m厚中等風(fēng)化狀態(tài)的花崗巖,巖性較好,可認(rèn)為水平側(cè)壓力系數(shù)為0,即隧道所受的水平側(cè)壓力只在距地面10m到20m范圍內(nèi)呈梯形分布。平均飽和容重為。巖體的似摩擦角。巖體兩側(cè)摩察角</p><p> 作用在隧道頂部的水平壓力為:</p><p> 作用在隧道
18、底部的水平壓力為:</p><p><b> 隧道圍巖壓力圖</b></p><p> 地震荷載(地震烈度7度)</p><p> 作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)橫截面上的地震作用力,可根據(jù)《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50111-2006(2009年版) ,采用地震系數(shù)法(慣性力法)計(jì)算。</p><p><b>
19、 a、左線拱部</b></p><p> 由隧道設(shè)計(jì)施工圖可知,隧道左線拱部體積為,鋼筋混凝土密度。</p><p> 隧道左線拱部水平慣性力為:</p><p> ,以集中力的形式,作用在左線拱部的軸線處。</p><p><b> b、右線拱部</b></p><p>
20、 由隧道設(shè)計(jì)施工圖可知,隧道右線拱部體積為,鋼筋混凝土密度。</p><p> 隧道右線拱部水平慣性力為:</p><p> ,以集中力的形式,作用在右線拱部的軸線處。</p><p><b> c、左邊墻</b></p><p> 由隧道設(shè)計(jì)施工圖可知,隧道左邊墻體積為,鋼筋混凝土密度。</p>
21、<p> 隧道左邊墻水平慣性力為:</p><p> ,以均布力的形式,作用在左邊墻。</p><p><b> d、中墻</b></p><p> 由隧道設(shè)計(jì)施工圖可知,隧道中墻體積為,鋼筋混凝土密度。</p><p> 隧道中墻水平慣性力為:</p><p> ,以均布力
22、的形式,作用在中墻。</p><p><b> e、右邊墻</b></p><p> 由隧道設(shè)計(jì)施工圖可知,隧道右邊墻體積為,鋼筋混凝土密度。</p><p> 隧道右邊墻水平慣性力為:</p><p> ,以均布力的形式,作用在右邊墻。</p><p><b> f、底板&l
23、t;/b></p><p> 由隧道設(shè)計(jì)施工圖可知,隧道底板體積為,鋼筋混凝土密度。</p><p> 隧道底板水平慣性力為:</p><p> ,以集中力的形式,作用在底板的軸線處。</p><p><b> 地層彈性抗力</b></p><p> 由隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)特征,
24、以及我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)方法可知,該區(qū)間隧道圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)。類比于瀘昆高速鐵路隧道研究點(diǎn)圍巖抗力系數(shù)推薦值,該隧道圍巖彈性抗力系數(shù)可取40MPa/m,地層彈性抗力在ANSYS中計(jì)算。</p><p> 3.2 ANSYS結(jié)構(gòu)分析,確定結(jié)構(gòu)內(nèi)力</p><p><b> (1)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型</b></p><p><b> ?。?)
25、隧道內(nèi)力圖</b></p><p><b> 軸力圖</b></p><p><b> 彎矩圖</b></p><p><b> ?。?)結(jié)構(gòu)內(nèi)力表</b></p><p> ELEM NI NJ M
26、I MJ QI QJ </p><p> 1 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.171443E+04 0.161403E+03 -0.110427E+05 -0.156536E+04</p><p> 2 0.112213E+05 0.112213E+05
27、 0.161403E+03 -0.341224E+03 -0.304950E+04 0.642782E+04</p><p> 3 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.341224E+03 -0.206546E+03 -0.519127E+04 0.428605E+04</p><p> 4 0.112213E+05
28、 0.112213E+05 -0.206546E+03 -0.242633E+03 -0.461738E+04 0.485993E+04</p><p> 5 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.242633E+03 -0.232963E+03 -0.477115E+04 0.470616E+04</p><p> 6
29、 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.232963E+03 -0.235554E+03 -0.472995E+04 0.474737E+04</p><p> 7 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235554E+03 -0.234860E+03 -0.474099E+04 0.473633E+04</p&g
30、t;<p> 8 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.234860E+03 -0.235046E+03 -0.473803E+04 0.473928E+04</p><p> 9 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235046E+03 -0.234996E+03 -0.473883E+04 0.47
31、3849E+04</p><p> 10 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.234996E+03 -0.235009E+03 -0.473861E+04 0.473870E+04</p><p> 11 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235009E+03 -0.235006E+03 -0
32、.473867E+04 0.473865E+04</p><p> 12 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235006E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 13 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03
33、-0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 14 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 15 0.112213E+05 0.112213E+05
34、 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 16 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 17 0.112213E+
35、05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 18 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p>
36、 19 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 20 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04<
37、;/p><p> 21 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 22 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04
38、 0.473866E+04</p><p> 23 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 24 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+
39、03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 25 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 26 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007
40、E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 27 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235007E+03 -0.235007E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 28 0.112213E+05 0.1122
41、13E+05 -0.235007E+03 -0.235006E+03 -0.473866E+04 0.473866E+04</p><p> 29 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235006E+03 -0.235008E+03 -0.473865E+04 0.473866E+04</p><p> 30 0.1
42、12213E+05 0.112213E+05 -0.235008E+03 -0.235003E+03 -0.473868E+04 0.473864E+04</p><p> 31 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235003E+03 -0.235022E+03 -0.473859E+04 0.473872E+04</p>&l
43、t;p> 32 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235022E+03 -0.234949E+03 -0.473890E+04 0.473841E+04</p><p> 33 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.234949E+03 -0.235221E+03 -0.473774E+04 0.473957
44、E+04</p><p> 34 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.235221E+03 -0.234205E+03 -0.474207E+04 0.473524E+04</p><p> 35 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.234205E+03 -0.237999E+03 -0.472
45、591E+04 0.475141E+04</p><p> 36 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.237999E+03 -0.223840E+03 -0.478624E+04 0.469107E+04</p><p> 37 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.223840E+03 -0.2
46、76682E+03 -0.456107E+04 0.491624E+04</p><p> 38 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.276682E+03 -0.794715E+02 -0.540142E+04 0.407590E+04</p><p> 39 0.112213E+05 0.112213E+05 -0
47、.794715E+02 -0.815472E+03 -0.226522E+04 0.721210E+04</p><p> 40 0.112213E+05 0.112213E+05 -0.815472E+03 0.193132E+04 -0.139697E+05 -0.449236E+04</p><p> 41 0.112213E+05
48、 0.112213E+05 0.193132E+04 -0.831984E+04 0.297120E+05 0.391893E+05</p><p> 42 -0.104504E+05 -0.104504E+05 0.784505E+04 -0.240038E+04 0.296708E+05 0.391534E+05</p><p> 43
49、-0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.240038E+04 0.344871E+03 -0.139620E+05 -0.447940E+04</p><p> 44 -0.104504E+05 -0.104504E+05 0.344871E+03 -0.390718E+03 -0.227063E+04 0.721199E+04</p>
50、;<p> 45 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.390718E+03 -0.193617E+03 -0.540332E+04 0.407929E+04</p><p> 46 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.193617E+03 -0.246430E+03 -0.456392E+04 0
51、.491869E+04</p><p> 47 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.246430E+03 -0.232279E+03 -0.478884E+04 0.469378E+04</p><p> 48 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.232279E+03 -0.236071E+03
52、 -0.472857E+04 0.475404E+04</p><p> 49 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.236071E+03 -0.235055E+03 -0.474472E+04 0.473789E+04</p><p> 50 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235055
53、E+03 -0.235327E+03 -0.474039E+04 0.474222E+04</p><p> 51 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235327E+03 -0.235254E+03 -0.474155E+04 0.474106E+04</p><p> 52 -0.104504E+05 -0.10
54、4504E+05 -0.235254E+03 -0.235274E+03 -0.474124E+04 0.474137E+04</p><p> 53 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235274E+03 -0.235268E+03 -0.474132E+04 0.474129E+04</p><p> 54 -
55、0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235268E+03 -0.235270E+03 -0.474130E+04 0.474131E+04</p><p> 55 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235270E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p>
56、;<p> 56 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 57 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0
57、.474131E+04</p><p> 58 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 59 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03
58、 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 60 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 61 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269
59、E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 62 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 63 -0.104504E+05 -0.10
60、4504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 64 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 65 -
61、0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 66 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p>
62、;<p> 67 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 68 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0
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64、 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 71 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 72 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269
65、E+03 -0.235269E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 73 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235269E+03 -0.235270E+03 -0.474131E+04 0.474131E+04</p><p> 74 -0.104504E+05 -0.10
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67、0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235272E+03 -0.235259E+03 -0.474135E+04 0.474126E+04</p><p> 77 -0.104504E+05 -0.104504E+05 -0.235259E+03 -0.235307E+03 -0.474114E+04 0.474147E+04</p>
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93、gt;<p> 124 -0.364024E+07 -0.363629E+07 0.539595E+07 0.512665E+07 0.908256E+06 0.901278E+06</p><p> 125 -0.358254E+07 -0.357883E+07 0.512665E+07 0.483852E+07 0.971624E+06 0.9
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