第４０卷第１３期 ２ ０ １ ４年５月 文章编号：１００９—６８２５【２０１４）１３－０１８１・０３ 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ Ｉ’ＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１３ Ｍａｙ． ２０１４ ・１８１・ 隧道衬砌模板支撑结构受力分析 董承全摘陈辉李晋平 １０００８１） （中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京要：假定隧道二次衬砌处于稳定围岩压力作用下，采用“田”字形支撑结构，利用结构力学刚性连接形式，推导出了结构内力与 变形计算公式，并且通过实际工程案例作了计算分析，指出利用结构力学方法推导的计算公式为隧道衬砌支撑结构计算提供了新 途径。 关键词：隧道衬砌，支撑结构，受力分析 中图分类号：Ｕ４５１．４ 文献标识码：Ａ ０ 引言 隧道建筑是铁路，公路，水工，市政工程中很重要的建筑结构 ｉａＧ＝４ｉ２Ｑａ一警 ＝形式。为保障隧道结构的安全运营，混凝土衬砌施工是一项必要 的施工环节。一些文献 对隧道设计施工工艺及安全作了必要 ２ｉｌ Ｑ 一警 的论述和规定。一些著作 中对隧道设计支撑计算采用不同理 论进行了分析，给出了设计计算公式。本文假定处于均匀围压作 用下的矩形隧道衬砌采用“田”字形支撑体系，利用结构力学方 法，推导出支撑在刚性连接条件下的强度及变形计算公式，可作 为有关设计施工参考。 模量。 其中√ ＝ ．ｆＩ＝ ＝２ｉ２Ｑ ＋警 ＝ Ｉｆ２＝ ； 矩；Ｅ为弹性 １ “田”字形支撑结构内力与变形计算公式 １）如图１所示为“田”字形支撑结构受力分析示意图。忽略 轴力产生的变形，不考虑线位移，利用转角方程： ｄ．１ 由于结构对称，令ＯＡ＝０ ＝０ ＝０。，０ ＝０，＝０。＝０ ＝０。 取Ａ点平衡，求０ ： ＭＡＥ＋ＭＡｃ ０ （ｑｌａ２－ｑ２ｂ２） ： ｑ２ａｂ３－ｑｌａ３ｂ ’ ＭＡＥ＝４ｉ１ＱＡ＋ 法进场的高墩工程施工。 参考文献： ［９］ 李博．高速公路桥墩平台式翻模施工相关技术［Ｊ］．交通 世界，２０１２（９）：１８８—１８９． ［１］ 刘明威．＿ｒ－￣２学［Ｍ］．武汉：武汉大学出版社，２０００． ［２］ 叶见曙．结构设计原理［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９８． ［１０］ 陈永望，尹基德．西田特大桥高墩施工技术［Ｊ］．国防交通 工程与技术，２００４（３）：７０－７１． ［３］ 孙训芳．材料力学［Ｍ］．成都：西南交通大学出版社，２０１１． 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ｈｏｌｌｏｗ ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ ｈｉｇｈ ｐｉｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｉｎ ｐｉｅｒ，ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｗａｙ，ｈｏｌｌｏｗ ｔｈｉｎ—ｗａｌｌｅｄ ｐｉｅｒ，ｒｏｌｌｉｎｇ ｏｖｅｒ，ｔｅｍｐｌａｔｅ 收稿日期：２０１４－０２—２０ 作者简介：董承全（１９５１．），男，高级工程师； 陈辉（１９８２．），男，助理研究员；李晋平（１９７７一），男，高级工程师 ・１８２・ 第４０卷第ｌ３期 ２ ０ １ ４年５月 将ＯＡ代入式（１）得： ： ＋ ： 山 西 建 筑 其中，ｌ＝下０； ＝—０ 。 二 叶 ２工程应用实例 某隧道工程为一双线隧道，隧道断面为１０ ｍ×１０ ｍ矩形隧 ， Ｍ ： 一 ＝ 道。该隧道地质围岩为Ⅲ级，设计二次衬砌混凝土强度等级为 Ｃ３０。衬砌厚度４０ ｃｍ。采用“田”字形支撑结构，模板支撑间距 １ ｉｎ。假定隧道在初期支护中围岩压力已趋于稳定，二次衬砌忽 略围岩压力和变形。只考虑混凝土自重压力，则ｇ，＝１ ｍ ｘ １ ｍ ｘ ０．４ ｍ ｘ２４ ｋＮ／ｍ ＝９．６ ｋＮ，ｑ２＝１ ｎｌ×１ Ｉｎ×０．４ ｎｌ ｘ２４ ｋＮ／ｍ × ＝ ＋ ＝ ＝ 一 ： ２）内力Ｐ 。，Ｐ ，计算示意图见图２。 ０．９＝８．４ ｋＮ。ｑ。，ｑ 在“田”字形支撑结构上的分布如图１所示， 支撑结构内力计算示意图如图２所示。由式（４）计算 。： ，川ｌ ｌ ｌ（Ｉ， Ｆ ４ｇｌ０ ＋３ｇｌ ２ｂ＋ｇ２ｂ ｎ 一 １６０（８＋ｂ） ×（一 －２３．６９ ｋＮｏ ……。。 ／／／ １ Ｍ＾Ｅ 口 ９ Ｍ ＼ １ ６ １ ０ ×ｒ １０ １０ ＋） ｐ ｐ— 由式（５）计算Ｐ 内力： ： 一 图１“田”罕彤 豳２ Ｊ，＾６。ｊ 支撑结构受力分析示意图 内力计算示意图 ８ ａ（０＋ｂ１ ：一 ４８．６３ ｋＮ。。 取Ｅ点平衡，∑Ｍ ＝０得： 由示意图３和式（６），式（７）计算Ｐ ，Ｐ。 内力： 号一Ｍ Ｍ ： ＝０。 型一 ＝１ ６ｂ （０＋６ 。 一 ．８…‘…”。 ｃ ＋ ＋ 譬：业 ㈩ ｃ封一 ： ８ｂ（ｎ＋ｂ） ：４２．３８ ｋＮ。 一 ‘ 。 取Ｙ方向平衡，∑Ｙ ＝ｏ得： 。 ，支撑杆材料选择： 取最大内力值４８．６３ ｋＮ计算杆材钢管截面面积，考虑２倍安 ｋＮ，按许用应力［ｏｒ］＝１８０ ＭＰａ计算，需截面 （５） 全系数，内力９７．２５面积为５．５６ ｏｍ ，选择 ８ ｃｍ外径，壁厚３ ｍｍ钢管，截面面积为 ７．５４ ｃｍ 。 Ｐ 计算示意图见图３。 取Ｇ点平衡，∑Ｍ。＝０得： ＭＧＡ—ＭＡＧ＋ＰＡ ｂ 一计算变形： ｑ２ ｂ—一＂＝０ 见图４，计算ｋ．，ｋｚ处挠度 ．， ： 由式（８），式（９）分别计算： ：－ｘ 一２一Ｍ。 ＋譬吾：型 躲 ８ｂ （口＋） ｔ 面 酉 ８．２６２０ Ｃｍｏ ： 取 方向平衡，∑ ＝０得： ＰｃＨ ｑ２ｂ 一２Ｐ＾Ｅ ： 面丽（１ 肋 。 ）＝４．６８×１０～ｍ， ＝ ｄ＝ －ｓ．２６ ｃｍ。 其中，Ｅ＝２１ ＧＰａ，，＝ ｂ （７）０．９２５。 ３）变形计算。 变形计算示意图如图４所示。 计算转角０ ： ＝ ＝ｏ＿８２６弧度：ｏ．４７。，约等于０。变形示 ， ＝＝ 意图如图５所示。 Ｉ一 ＼ ， 图３ Ｐ肛，％内力计算示意图 图４变形计算示意图 由于对称，０￡＝０Ｇ＝０，ｔ＇ＯＡ＝埘Ｅ＝＇ｔＯ ＝０，其中，０为角变形； 为挠度变 形。 ． 图５变形示意图 ＝一 。＋ ：一 ㈩３结语 对于处于稳定围岩压力作用下的二次衬砌模板支撑体系采 用“田”字形结构，利用结构力学方法推导计算支撑杆系受力变形 其中，ｌ：号； ：詈。 Ｏａ ３２ ．２ ｑｌｎ…ｂ—ｑ２ａｂ … 公式，可作为设计施工人员参考。为隧道衬砌支撑结构计算提供 了一种新途径。 丁 一 一 第４Ｏ卷第１３期 ２ ０ １ ４年５月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．１３ Ｍａｙ． ２０１４ ・１８３・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１４）１３—０１８３—０３ 大悬臂宽幅箱梁剪力滞分析 张树清摘屈计划 ２３００８８） （安徽省交通规划设计研究院有限公司，安徽合肥要：采用有限元软件ＡＮＳＹＳ建立矮塔斜拉桥跨中箱梁局部有限元模型，结合总体计算情况，对结构在不同加载工况下的薄壁 箱梁的剪力滞效应进行计算分析，分析了箱梁受力，得到了其剪力滞分布状况，供设计人员参考。 关键词：箱梁，剪力滞，有限元，计算分析 中图分类号：Ｕ４４８．２７ 文献标识码：Ａ １ 工程概况 剪力滞在结构工程中是一个普遍存在的力学现象，具体表现 在某一局部范围内，剪力所能起的作用有限，所以正应力分布 某桥跨径布置为（１２０＋２００＋１２０）ｍ矮塔斜拉桥，主桥全长 是，不均匀，把这种正应力分布不均匀的现象叫剪切滞后。剪力滞后 ４４０ ｍ。主桥上部结构主梁采用单箱三室大悬臂斜腹板预应力混 工形和闭合薄壁结构中（如筒结构和箱梁）表现得较 凝土连续箱梁，全桥共划分为０号～２６号块，其中０号～１号梁段 效应在Ｔ形、 采用托架现浇，２号～２４号梁段采用悬臂浇筑法施工，２５号块为 为典型。混凝土薄壁箱梁具有结构自重较轻、抗弯抗扭刚度大等较好 合龙段，２６号块为边跨支架段。箱梁顶板宽２８．０ ｍ，支点处底板 的空间整体受力性能，在现代桥梁结构中得到广泛应用。按梁弯 宽１２．０ ｍ，跨中处底板宽１３．１３ ｍ，悬臂长度７．０ ｍ，其中悬臂外 边缘３ ｍ为后浇带；跨中设计梁高４．０ ｍ，支点设计梁高７．５ ＩＴＩ，其 曲初等理论的基本假定，薄壁箱梁在对称荷载作用下弯曲时，弯 中中跨跨中３４ ｍ长度范围内为等高段，其余梁段按１．８次抛物线 曲的法向正应力从翼缘板的一端传递到另一边，主要是通过腹板 规律变化；箱梁顶板厚度２８ ｃｍ；跨中底板厚度３２ ｃｍ，支点底板厚 的剪切变形来完成的。剪切变形沿翼缘板的分布是不均匀的，由 于这种不均匀性，弯曲造成了弯曲法向应力的横向分布呈现非均 度１００ ｃｍ，悬浇部分底板厚度按１．８次抛物线规律变化。变截面 匀的曲线形状。这种由于腹板处剪力流向翼缘板传递的滞后而 箱梁尺寸如图１所示。 导致翼缘板法向应力沿横向呈现不均匀分布的现象，称为“剪力 垫 ５．６２５ ２．８． ５．６２５ 滞效应”…。当靠近腹板处翼板中的正应力大于初等梁理论的正 应力时，称之为“正剪力滞效应”，反之称为“负剪力滞效应”，如图 ２所示。 剪力滞系数公式如下 ’ Ｉ：Ａ＝考虑剪滞效应所求得正应力／ 按初等梁理论所求得正应力。当Ａ＞１时是正的剪力滞；当Ａ＜１ 时是负的剪力滞。 图１矮塔斜拉桥箱梁标准断面图（单位．－ｍ） ２．２有限元 箱梁横向区域的应力分布只与附近区域的受力状态有关，采 ２计算模型 ２．１ 剪力滞 参考文献： 版社．２００７． 用有限元软件ＡＮＳＹＳ建立箱梁跨中节段模型，在桥梁跨中一边顺 ［４］ＴＢ １０００３－２００５，铁路隧道设计规范［ｓ］． ３０（５）：２３－２４． ［１］ 宋非非，姜维成，胡晓光．结构力学［Ｍ］．北京：清华大学出 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收稿日期：２０１４．０２—２４ 作者简介：张树清（１９８３．），男，硕士，工程师 屈计划（１９８３．），男，硕士，工程师
