地下工程课程设计 - 图文

地下工程课程设计

第一章、基本条件与设计资料

地层的密度?s=2.0?103kg/m3，地层内摩角24°，粘聚力26KPa，垂直基床系数24MN/m3，水平基床系数18MN/m3，顶板厚420mm，侧墙厚420mm，底板厚420mm，结构混凝土泊构比?=0.2，混凝土的密度?c=2.5?103kg/m3，混凝土弹模

E=3.0?1010N/m2，地面考虑20kpa的行人荷载，地下水位考虑两种情况：（1）水位在地下结构之上；（2）水位在地下结构的中部位置。两种情况相应的地下水位位置分别为hw2、hw1，见下图所示。

计算下图所示矩形柜架结构内力（轴力、弯矩、剪力），以表和图的形式给出单元计算结果。计算结构的配筋量，并进行裂缝检算，结构纵向按1m考虑。结构顶板和底板按纯弯构件配筋，侧墙按偏心受压构件配筋。恒载的分项系数按1.35，活荷载的分项系数按1.4取值。

序号 38 姓名 赵闻强 学号 11231261 h0 (m) 8 b (m) 10 a (m) 7 第二章、荷载计算

由题意得?s=2.0?103kg/m3既作天然密度也当饱和密度。本设计中对于地层压力的计算采用水土分算法。由于本设计的设计理念为极浅埋隧道，因此对于土压力的计算方法为Ea=γh其中h为隧道的埋深。重力加速度取9.8N/kg,因此饱和重度为19.6KN/m3。

由于结构自重可在Midas中自主定义，故在此不必计算，只计算外荷载。

2.1 地下水位为hw1时的情况：

（1）各深度竖向压力计算

深度为hw1时的地层压力：

Eahw1=γshw1=19.6?4=78.4KN/m2

深度为h0时的土压力：

Eah0??shW1??'(h0?hW1)?19.6?4?9.8?4?117.6KN/m2

深度为h0时的水压力：

qw1??wh0?39.2KN/m2 2深度为h0+b时的竖向土压力：

Eah0?b??shW1??'(h0?b?hW1)?19.6?4?9.8?14?215.6KN/m2

深度为h0+b时的水压力：

qw2??w(h0?b)?137.2KN/m2 2行人荷载带来的竖向压力：

q?20KN/m2

（2）各底层侧向压力计算

由题意得对于土层及地下水来说，它们对结构的侧向压力是梯形分布，因此可先求得对顶板位置和底板位置的侧向压力。

?24侧向压力系数??tan2(45?)?tan2(45?)?0.422

22顶板位置的侧向土压力：

eh0?[?shW1??'(h0?hW1)]??(19.6?4?9.8?4)?0.422?49.6KN/m2

顶板位置的侧向水压力：

e1?qw1??wh0?39.2KN/m2 2底板位置的侧向土压力：

eh0?b?[?shW1??'(h0?b?hW1)]???(19.6?4?9.8?14)?0.422?90.9KN/m2

底板位置的侧向水压力：

e2?qw2??w(h0?b)?137.2KN/m2 2行人荷载带来的侧向压力：

eq??q?8.43KN/m2

（3）对结构进行荷载分析

1.顶板竖向恒荷载：

E1?Eah0?qw1?156.8KN/m2

2.顶板侧向恒荷载：

e顶?e1?eh0?88.8KN/m2

3.底板竖向恒荷载：

E2??qw2??137.2KN/m2

4.底板侧向恒荷载：

e底?e2?eh0?b?228.1KN/m2

5.顶板竖向活荷载：

Eq顶=q=20KN/m2

6.顶板侧向活荷载：

eq?8.43KN/m2

7.底板竖向活荷载：

Eq底=0

8.底板侧向活荷载：

eq?8.43KN/m2

综上所述，可绘制出如下结构恒荷载与活荷载受力图示。

2.2 地下水位为hw2时的情况：

（1）各深度竖向压力计算：

深度为h0时的地层压力：

中对所有节点和单元进行编号。

3.6 建立边界条件

在已经建立的结构单元上添加土弹簧。选择“模型——边界条件——面弹性支承”，选择面弹性支承中的弹性连接。选择“杆系”，宽度为“1”m,方向中选择“法向负（正）”（对于圆形隧道，刚需要同时加整体坐标系下的水平向和垂直向的弹簧），弹性连接长度取为1m,选择“只受压”，选取施加弹簧的节点后，点击“适用”。可根据图示显示弹簧的方向，调整施加弹簧的方向。

3.7建立荷载工况并添加荷载

在“荷载——静力荷载工况”中添加两个荷载工况，名称分别为“隧道恒荷

载”和“隧道活荷载”，编号分别为“1”和“2”，荷载类型均为“用户定义的类型”。

（1）添加隧道恒荷载

选择“静力荷载——连续梁单元荷载”来添加恒荷载工况。将荷载工况名称选择为“隧道恒荷载”，荷载类型选择“均布荷载”，方向选择“整体坐标轴Z”，选择代表顶板和底板的单元（也可使用加载区间），给底板和顶板按照不同荷载大小与方向施加均布荷载。

再将荷载类型选为“梯形荷载”，方向选择“整体坐标轴X”，选择代表侧墙的单元（或加载区间），根据不同方向与提示图形给两侧侧墙施加上梯形荷载。

加载后效果图如右图：

添加自重，选择自重工况为“隧道恒荷载”，在自重中将Z轴系数改为“-1”。

（2）添加隧道活荷载

选择“静力荷载——连续梁单元荷载”来添加活荷载工况。基本加载方式与加载恒荷载方式相同，但是需要选择荷载工况为“隧道活荷载”。

加载后效果图如下图：

3.8定义荷载组合

在“结果——荷载组合”中定义荷载组合。分别定义“基本组合”与“标准组合”。

基本组合中，“隧道恒荷载”工况分项系数为1.35，“隧道活荷载”工况分项系数为1.40。

标准组合中，“隧道恒荷载”工况分项系数为1.0，“隧道活荷载”工况分项系数为1. 0。

3.9 运行并输出内力情况

点击“运行”

，进行有限元软件计算，之后通过“结果——内力——梁

单元内力图”，选择“基本组合”，分别选择My，Fx，Fz来显示弯矩、轴力、剪力图。如下：

弯矩图：

轴力图：

剪力图：

地下水位的弯矩、轴力、剪力图与上图类似。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/hoqf.html