4-2 荷载-结构法-地下建筑结构.pptx

地下建筑结构第4章 地下建筑结构的计算方法知识2 荷载-结构法陈海明 博士 副教授 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 荷载结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗力），衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，由此建立的计算方法称为荷载结构法。 早年常用的弹性连续框架法、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁）法等都可归属于荷载结构法。其中假定抗力法和弹性地基梁法都形成了一些经典计算法，而类属弹性地基梁法的计算法又可按采用的地层变形理论的不同分为局部变形理论计算法和共同变形理论计算法。其中局部变形理论因计算过程较为简单而常用 。 4.2 荷载-结构法 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 荷载结构法的设计原理，是认为隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。 计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。 4.2.1 设计原理 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 （一）基本未知量与基本方程 基本未知量：衬砌结构节点的位移； 由最小势能原理或变分原理可得系统整体求解时的平衡方程 4.2.2 计算原理 [K]-衬砌结构的整体刚度矩阵，m×m阶方阵，m为体系结点自由度的总个数； {P}-衬砌结构节点荷载组成的列向量， {P}=[P1 P2…Pm]T; {δ}-衬砌结构节点位移组成的列向量，{δ}=[δ 1 δ 2… δ m]T; （4-1） 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 （一）基本未知量与基本方程 隧道承重结构轴线的形状为弧形时，可用折线单元模拟曲线。划分单元时，只需确定杆件单元的长度。杆件厚度d即为承重结构的厚度，杆件宽度取为1m，抗弯惯性矩I=1/12×1×d3（m4），弹模E取混凝土的弹模（kN/m2）。 4.2.2 计算原理 （4-1） 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 （二）单元刚度矩阵 设梁单元在局部坐标系下的节点位移为 对应的节点力为 则有 4.2.2 计算原理 （4-2） （4-3） 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 （二）单元刚度矩阵 对于整体结构而言，各单元采用的局部坐标系均不相同，故在建立整体矩阵时，需按（4-4）将局部坐标系的单元刚度矩阵转换为结构整体坐标系中的单元刚度矩阵[k]e。 4.2.2 计算原理 （4-4） （4-5） 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 （三）地层反力作用模式 地层弹性抗力 Fn、Fs ——分别为法向和切向弹性抗力； Kn、Ks——相应的围岩弹性抗力系数。 4.2.2 计算原理 （4-6） （4-7） （4-8） （4-9） 本科教学工作水平评估情况汇报 本科教学工作水平评估情况汇报 安徽理工大学-城市地下空间工程 杆件单元确定后，即可确定地层弹簧单元，它只设置在杆件单元的节点上。 深埋隧道中的整体式衬砌、浅埋隧道中的整体或复合式衬砌及明洞衬砌等应采用荷载-结构法计算。 采用荷载-结构法计算衬砌结构的内力和变形时，应通过考虑弹性抗力等体现岩土体对衬砌结构变形的约束作用。 对回填密实的衬砌结构可采用局部变形理论确定弹性抗力的大小和分布。 4.2 荷载-结构法