隧道结构力学计算课程设计
隧道结构力学计算课程设计
课程设计背景
作为土木工程领域重要的组成部分，隧道结构在工程实践中应用较为广泛。在隧道结构设计中，力学计算是非常关键的一步。因此，为了使学生能够深入理解隧道结构的力学计算，提高学生的设计能力，本次课程设计旨在让学生完成隧道结构的静力计算和动力反应计算。
课程设计要求
本次课程设计的主要目的是使学生掌握隧道结构的力学计算方法，具体要求如下：
1.掌握静力计算方法，能够计算隧道结构的尺寸和内力；
2.掌握动力反应计算方法，能够计算隧道结构在受到地震等外部载荷时
的响应。
设计方案
本课程设计分为两个阶段：静力计算和动力反应计算。分别介绍如下。
静力计算
在隧道结构的静力计算中，学生需要根据题目给出的隧道结构的尺寸和荷载，计算出隧道内部的应力、弯矩和剪力等内力，并对其进行分析和比较。
具体步骤如下：
1.建立隧道结构的静力计算模型；
2.根据已知的荷载和尺寸，计算出隧道结构的内力分布；
3.对内力分布进行分析和比较，找出最危险的截面。
动力反应计算
在隧道结构的动力反应计算中，学生需要根据题目给出的地震参数和隧道结构的尺寸及材料参数，计算出隧道结构在地震载荷下的动态响应。
具体步骤如下：
1.建立隧道结构的地震动力学模型；
2.根据已知的地震参数和隧道结构的尺寸及材料参数，计算出隧道结构
的动态响应；
3.分析隧道结构在地震载荷下的响应情况，判断其安全性。
以上两个部分的具体内容和步骤将在课时中进行介绍和演示。
课程设计意义
本次课程设计对学生具有以下意义：
1.通过本次课程设计的学习，学生能够深入理解隧道结构的力学计算方
法，提高学生的设计能力；
2.本次课程设计的内容具有实用性和可操作性，能够让学生在实践中积
累经验、提高能力；
3.通过本次课程设计，学生能够掌握计算软件的基本使用方法，增强自
己的计算机应用技能。
结束语
本次课程设计将有助于学生深入了解隧道结构的力学计算方法，提高其设计能力和实践能力，为日后从事土木工程相关领域工作打下坚实的基础。
隧道工程课程设计(包含内力图和衬砌及内轮廓设计图)
目录 题目：隧道工程课程设计............................................................................................................. - 3 - 一、设计依据................................................................................................................................. - 3 - 二、设计资料................................................................................................................................. - 3 - 三、隧道方案比选说明................................................................................................................. - 3 - 1.平面位置的确定................................................................................................................... - 3 - 2.纵断面设计........................................................................................................................... - 4 - 3.横断面设计........................................................................................................................... - 4 - 四、二次衬砌结构计算................................................................................................................. - 4 - 1.基本参数............................................................................................................................... - 4 - 2.荷载确定............................................................................................................................... - 5 - 3.计算衬砌几何要素............................................................................................................... - 5 - 4.载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移................................................................... - 7 - 5.外荷载在基本结构中产生的内力....................................................................................... - 8 - 6.主动荷载位移..................................................................................................................... - 10 - 7.载位移—单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移..................................................... - 11 - 四、墙底（弹性地基梁上的刚性梁）位移............................................................................... - 14 - 五、解力法方程........................................................................................................................... - 15 - 六、计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力............................................................... - 16 - 七、最大抗力值的求解............................................................................................................... - 17 - 八、计算衬砌总内力................................................................................................................... - 18 - 1.相对转角的校核................................................................................................................. - 19 - 2.相对水平位移的校核按下式计算..................................................................................... - 19 - 九、衬砌截面强度检算............................................................................................................... - 20 - 1.拱顶..................................................................................................................................... - 20 - 2.墙底偏心检查..................................................................................................................... - 20 - 十、内力图- 21 - (21) - 1 -
隧道结构力学计算
第一章绪论 1. 隧道:构筑在离地面一定深度的岩层或土层中用作通到底建筑物 2. 隧道分类:按周围介质分：岩石隧道和土层隧道;按用途不同分：交通隧道和市政工程隧道 3. 公路隧道：穿越公路路线障碍物的交通隧道 4. 公路隧道的主要特点:(1)断面形状复杂：宽而扁，高：宽<=1.; 常有特殊构造：岔洞，紧急停车带回车区，以及双连拱隧道，小间距隧道，双层隧道;(2) 荷载形式单一：主要是围岩压力，方向不会改变;(3)附属设施多：通风,照明,交通信号,消防,监控设施 5. 断面几何形状:考虑功能和经济的两方面:马蹄形,圆形(盾构开挖),拱形(山岭隧道),双连拱 (浅埋土层,地形受限),矩形(沉管法,城市隧道) 6.. 衬砌的结构类型分为四类:整体式砼衬砌;装配式衬砌;锚喷支护衬砌;复合式衬砌 7.. 整体式砼衬砌又可分为:半衬砌;厚拱薄墙衬砌;直墙拱形衬砌;曲墙拱形衬砌 (1)半衬砌:适用于岩石较坚硬并且整体稳定或基本稳定的围岩; 对于侧压力很大的较软岩层 或土层,为避免直墙承受较大压力,采用落地拱(2)厚拱薄衬砌:适用于水平压力很小的情况,拱脚较厚,边墙较薄(3) 直墙拱形衬砌:铁路隧道常用,竖向压力较大,水平侧压力不大(4)曲墙拱形衬砌:地质条件差,岩石破碎松散和易于坍塌地段 8. 装配式衬砌:用于盾构法施工,深埋法施工,TBM 法施工 9. 锚喷支护衬砌:喷混凝土和加锚杆两方法的统称。常用方法：喷混凝土，钢筋网喷混凝土，锚杆喷混凝土，钢筋网锚杆混凝土，钢纤维喷混凝土;特点：有很强时效性，新奥法和挪威 法 10. 复合式衬砌：主要应用于含水量较多的地段，外层为锚喷支护，中间有一层防水层，内层多为整体式衬砌，新奥法多采用 11. 初始地应力场由两种力系组成:自重应力分量;构造应力分量 影响因素：一类是和地壳的运动，地下水的变化以及人类活动等因素有关 12. 构造应力场：区域性明显，测试方法：解析反演法，原位测试法(1)地质的构造过程不公 改变了地质的重力应力场，而且还有一总分残余在岩体内(2) 构造应力场在一定深度内普遍存在且多为水平分量(3)构造应力具有明显的区域性和时间性 13. 作用在隧道结构上的荷载分为三类:主要荷载(就是长期作用的荷载,包括地层压力,围岩弹 性抗力,结构自重力,回填岩土重力，地下静水压力及使用荷载); 附加荷载(指非经常作用的 荷载，包括施工荷载，灌浆压力，局部落石以及有温度变化或砼收缩引起的温度应力和收缩用力) ;特殊荷载(一些偶然发生的荷载，如炮弹冲击力和爆炸时产生激波压力，地震力，车祸时冲撞力) 14. 形变压力: 由岩体变形所产生的挤压力; 15. 松散压力: 岩体坠落、滑移、坍塌所产生的重力 16. 围岩压力：形变压力和松散压力统称为围岩压力 17. 影响围岩压力的因素：a岩土的重力b岩体的结构c.地下水的分布d.隧道洞室的形状和尺寸e. 初始地应力 18•确定围岩压力的方法：a•现场量测b•理论估算c工程类比法 19•常用的围岩分类方法：a岩石坚固系数分类法b•太沙基理论c•铁路围岩分类法d•人工岩石洞室围岩分类法e.水工隧道围岩分类法 20. 隧道结构计算的任务：就是采用数学力学的方法，计算分析在隧道修筑的整个过程中 (包 括竣工，运营)a.隧道围岩及衬砌的强度 b.刚度和稳定性，为隧道的设计及施工提供具体设计参数
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1工程概况 川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。 二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。 1.2工程地质条件 1.2.1 地形地貌 二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。隧道中部地势较高。隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。 1.2.2 水文气象 二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。全年分早季和雨季。夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。 据沪定、天全两县21年（1960-1980年）气候资料,多年平均气温分别为16.6℃和15.1℃,沪定略高于天全，多年平均降雨量分别为636.8 mm和1730.0mm，多
[结构设计原理课程设计(完整版)
结构设计原理课程设计(完整版) 1. 引言 结构设计原理是土木工程中的重要课程之一，其涵盖了结构设计的基本原理和 方法。在土木工程的行业中，结构设计是不可或缺的一环，它涉及到建筑物、桥梁、水坝、隧道等各种各样的结构体系。结构设计不仅关乎建筑物的稳定性和安全性，还直接关系到建筑物的寿命和经济性。因此，掌握结构设计原理是每一位土木工程师的必修课。 本课程设计旨在为学生提供一种实践学习结构设计原理的方式，通过实际的案 例来探讨结构设计原理的应用。本课程设计分为三部分：结构设计原理的理论基础、设计案例分析以及设计方案的优化与评估。整个课程设计将通过三个实际工程案例来展开，学生将在此基础上设计自己的结构方案。 2. 结构设计原理的理论基础 结构设计原理的理论基础是为学生提供结构设计的基本原理和方法。本部分主 要包括结构力学、材料力学、结构分析等基本理论。 2.1 结构力学 结构力学是结构设计的基础，包括静力学、动力学、板壳理论、稳定性等方面。在本部分，学生将学习结构力学及其应用，包括刚性连续体的受力分析、受力构件的设计、结构模型的简化和分析等。 2.2 材料力学 材料力学是结构设计中重要的组成部分，包括弹性力学、塑性力学、损伤力学 等方面。本部分将介绍材料力学的基本理论，包括应力与应变、变形与应力、弹性和塑性行为等。 2.3 结构分析 结构分析是结构设计的关键环节，本部分将介绍结构分析的基本理论和方法。 主要包括有限元分析、动力分析、热力分析、疲劳分析等方面。学生将在此部分掌握基本的结构分析技术。 3. 设计案例分析 本部分将通过三个实际工程案例展开，分别是建筑物的结构设计、桥梁的设计 以及水坝的设计。通过这些案例，学生将亲身体验结构设计的整个过程，包括实地勘测、结构初步设计、结构受力分析和结构优化等。
(完整版)XX水库供水隧洞结构计算书
龙洞河水电站有压引水隧洞结构计算书 1 工程概况 公明供水调蓄工程供水隧洞是从鹅颈至公明水库连通隧洞L0+387桩号接往石岩水库的一条供水隧洞，全长6.397km，桩号为G0+000~G6+397。根据初步设计报告供水隧洞为2级建筑物，设计流量为10.24m3/s，采用圆型断面，内径为3.4m。供水隧洞进口底高程为29.60m，出口底高程为27.50m，隧洞全段纵坡为-0.0328%。供水隧洞Ⅱ类围岩3576m、Ⅲ类围岩1836m、Ⅳ类围岩345m、Ⅴ类围岩310m。 2 设计依据 2.1 规范、规程 《水工隧洞设计规范》（SL279-2002）（以下简称“隧洞规范”） 《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004）（电力行业标准，下称“电力隧洞规范”）《水工钢筋混凝土结构设计规范（试行）》（SDJ20-78）（以下简称“砼规”） 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001） 2.2 参考资料 《深圳市公明水库调蓄工程初步设计报告》（深圳市水利规划设计院，2007.05） 《G-12隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序》 《PC1500程序集地下结构计算程序使用中的几个问题》（新疆水利厅，张校正） 《取水输水建筑物丛书－隧洞》 《水工设计手册－水电站建筑物》（水利电力出版社，1989） 《水击理论与水击计算》（清华大学出版社，1981） 《水力学－下册》（吴持恭，高等教育出版社，1982） 3 计算方法 隧洞支护及衬砌结构按新奥法理论进行设计，支护型式采用锚喷支护通过工程类比确定，喷锚支护类型及其参数参照电力隧洞规范附录F 表F.1选取；衬砌型式采用钢筋混凝土衬砌。根据隧洞规范6.1.8条第2点规定，围岩具有一定的抗渗能力、内水外渗可能造成不良地质段的局部失稳，经处理不会造成危害者，宜提出一般防渗要求，本工程按限制
超大断面越江质构隧道结构设计与力学分析(改重版本)
超大断面越江盾构隧道结构设计与力学分析 作者11，作者21,2，作者32*，作者42 (1.上标为1的作者的工作单位,所在城市邮编；2.上标为2的作者的工作单位,所在城市邮编) 摘要：通过案例介绍了超大断面越江盾构隧道的工程特点；结构的一般设计过程；衬砌结构的力学计算分析 特性；通过已知技术条件进行了隧道结构的力学特性分析；结果表明此设计各结构构件的强度以及变形满足设计 规范及安全性验算，能作为参建者在类似工程项目建设中提供一定层面的借鉴。 关键词：超大断面；越江盾构；结构设计；力学分析； 中图分类号：(请自行查找) 文献标志码：A Mechanics Analysis and Structure Design of River-crossing shield tunnel of super-large Section (1. Communication address of author1 and author2；2. Communication address of author2、author3 and author4) Abstract: This paper introduced the engineering characteristics of super-large section cross-river shield tunnel; calculation analysis of mechanical properties about the lining structure; analyzed mechanical characteristics of tunnel structure on the known technical conditions;the result shows that the strength and deformation of varies components in this design can meet the design specification and safety check and as a reference for some similar project constructions. Keywords: super-large section; river-crossing shield; structure design; mechanics analysis; 0引言 在建设各地隧道工程项目时，如果遇到各种复杂地质状况的影响，考虑到项目的投资成本、建设工期、环保、效益等多方面因素，现阶段常用的最佳施工方式是盾构掘进。在建设盾构隧道工程时，最核心的问题是盾构隧道衬砌结构的设计。国内外的专家学者重点研究衬砌结构中的关键因素，如外荷载、结构及地层相互作用模型及试验方法等，并取得了丰硕的研究成果。然而对于复杂地质情况下，超大断面越江隧道结构的研究相对较少。基于此，本案例中主要从大断面越江盾构隧道的工程特点；结构的一般设计过程（内净空设置、结构形式、衬砌厚度、管片分块、管片幅宽、拼装方法等）；衬砌结构的力学计算分析特性；通过已知技术条件进行了隧道结构的力学特性分析；四个方面进行总结分析，最后根据对衬砌管片结构力学的重要参数分析结论，得出此设计案例所设计的各结构构件的强度以及变形满足设计规范及安全性验算，能作为参建者在类似工程项目建设中提供借鉴； 1. 工程背景 1.1工程概况 长江隧桥是典型的过江工程，南北分别与上海市的A30、崇明岛北延高速相接，整体采用南隧北桥的设计方案。长江隧道为盾构隧道，起于浦东五好沟向北向穿过长江南港到长兴岛南岸西约400米处登陆，包括浦东岸边段、江中段和长兴岛岸段，各段长度分别为657m、826m、7471m和7469m，全长共约8955米，投资总额约为63亿人民币。其中东线和西线水平方向投影轴线总距离约为30m，中间共有8条联络通道。两隧道施工采用盾构掘进，此盾构机属于大型泥水平衡盾构机，直径为15.43m，由德国海瑞克公司制造。见图1为上海长江隧桥区域位置平面图：
毕业设计任务书(隧道设计)
本科生毕业设计任务书 学生姓名：×××专业班级：土木××班 指导教师：×××工作单位：土木工程与建筑学院 设计题目：×××2号隧道（左线）综合设计 设计主要内容： 1．拟定三个隧道方案，进行隧道路线指标、工程数量、施工难度、隧道功能、营运及养护费用、环境保护等方面比较，确定推荐方案； 2．拟定隧道内轮廓线，用工程类比法设计Ⅴ、Ⅲ级围岩复合衬砌，包括隧道路面、路基排水设施和管线沟槽； 3．采用结构荷载法，计算Ⅴ、Ⅲ级围岩复合衬砌中二次衬砌的内力，并进行强度检核；4．进行隧道通风计算，确定风机数量和布置间距； 5．确定隧道照明亮度曲线； 6．进行Ⅲ级围岩上半断面台阶开挖法设计（就掘进、支护等主要施工工序所需劳力、机具、工时、进度进行设计）。 要求完成的主要任务： 1．查阅不少于10篇的相关资料，其中英文文献不少于2篇，完成开题报告。 2．完成不少于5000字的英文文献（不少于20000英文字符）翻译。 3．完成×××2号隧道（左线）综合设计说明书（不少于10000字）： 区域地质地貌、地质水文、自然环境条件、气象条件、工程设计原则概述。 方案拟定、比选说明。 工程类比法选择支护参数说明。 二次衬砌内力计算书。 通风计算书。 施工设计说明。 4．完成×××2号隧道（左线）综合设计图纸（折合不少于5张1～2#图纸）： 隧道纵断面设计图一张； Ⅴ、Ⅲ级围岩复合衬砌设计图各至少一张； 风机布置图一张；
照明亮度曲线图一张； 隧道防排水设计图一张； Ⅲ级围岩施工步序设计图及炮眼布置图。 必读参考资料： [1] 中华人民共和国交通部.《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004. [2] 中华人民共和国交通部.《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）[M].北京：人民交通出版社，1995. [3] 中华人民共和国交通部.《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）[M].北京：人民交通出版社，2004. [4] 中华人民共和国交通部.《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999）[M].北京：人民交通出版社，2000. [5] 黄成光.《公路隧道施工》[M].北京：人民交通出版社，2001. [6] 夏永旭，王永东.《隧道结构力学计算》[M].北京：人民交通出版社，2004. [7] 王毅才.《隧道工程》[M].北京：人民交通出版社，2008. [8] 吴焕通，崔永军.《隧道施工及组织管理指南》[M].北京：人民交通出版社，2005. [9] 张庆贺，朱合华.《土木工程专业毕业设计指南隧道及地下工程分册》[M].北京：中国水利水电出版社，1999. [10] 杨少伟.《道路勘测设计》[M].北京：人民交通出版社，2006. [11] B.L.Gupta，Amit Gupta.《Tunnel and harbour-dock engineering》[M]. Delhi：Standard Publishers Distributors，2004. [12] R.Srinivasan，R.C.Bhavsar.《Harbour,dock and tunnel engineering》[M]. Anand：Charotar Publishing House，2003. 指导教师签名系主任签名 院长签名（章）
结构力学2专题教程第三版课程设计
结构力学2专题教程第三版课程设计项目背景 结构力学2是土木工程专业的一门核心课程。本课程的目的是让学生掌握结构力学的基本概念和方法，掌握结构受力分析和设计的基本原理和方法。此外，本课程还要求学生能够运用所学知识解决实际工程问题。 项目目的 本项目旨在通过对结构力学2课程设计的改进，提高学生的学习效果和能力。具体目的如下： 1.通过增加实践环节，提高学生的结构分析和设计能力； 2.增强学生的自学能力和学习兴趣； 3.优化课程设计，提高教学质量。 项目内容 课程设计1：悬链线的受力分析 在本课程设计中，学生将掌握悬链线的受力分析方法。具体内容包括： 1.悬链线的受力分析原理； 2.常用受力分析方法； 3.实践案例分析。 在课程设计的实践环节中，学生需要通过实验、计算等方式，检验所学知识的正确性，提高实际应用能力。 课程设计2：板梁的受力分析 在本课程设计中，学生将学习板梁的受力分析方法。具体内容包括：
1.板梁的受力分析原理； 2.常用受力分析方法； 3.实践案例分析。 在课程设计的实践环节中，学生需要利用专业软件进行板梁的有限元分析，提高实际应用能力。 课程设计3：钢结构的设计 在本课程设计中，学生将学习基本的钢结构设计知识。具体内容包括： 1.钢结构设计的基本原理； 2.钢结构设计的规范和标准； 3.实践案例分析。 在课程设计的实践环节中，学生需要通过实际工程案例的分析和设计，掌握钢结构设计的基本方法和流程。 项目实施 本项目的实施需要教师和学生共同完成。具体实施步骤如下： 1.教师将本课程设计的内容进行介绍，并告知学生所需的参考资料和工 具； 2.学生按照教师的要求，自学相关知识，并完成预备工作； 3.教师指导学生进行实践环节的工作，并提供必要的指导； 4.学生根据要求完成课程设计的报告，并进行评估。 项目总结 通过本次结构力学2课程设计的改进，学生的实际应用能力得到了提升，教学质量也得到了提高。同时，也为今后类似课程设计的改进提供了借鉴和参考。
土木工程学中的结构设计原理
土木工程学中的结构设计原理结构设计是土木工程学中的重要组成部分，它涉及到建筑、桥梁、 隧道等工程项目的设计与构建。在土木工程学中，结构设计原理是指 按照工程力学理论和结构力学原理，以及相关设计规范和标准为依据，对工程结构进行合理、经济、安全的设计。本文将介绍土木工程学中 的结构设计原理。 一、静力学原理的应用 静力学是结构设计的基础，它研究物体在平衡状态下受力的性质和 相互关系。在结构设计中，静力学原理被广泛应用于各种结构的设计 和分析。例如，在建筑设计中，需要根据静力学原理来确定建筑物的 整体稳定性。在桥梁设计中，需要利用静力学原理来分析桥梁受力状况，确保桥梁的安全可靠。因此，静力学原理是土木工程学中结构设 计的重要依据。 二、结构力学原理的运用 结构力学是研究结构受力和变形规律的学科，它是土木工程学中结 构设计的核心内容。结构力学原理可以帮助工程师分析结构的受力情况，确定结构的尺寸和材料，保证结构的稳定性和安全性。在结构设 计中，需要根据结构力学原理来计算和分析结构的内力、变形等参数。例如，在建筑设计中，需要利用结构力学原理来确定房屋的梁柱布置 和尺寸。在隧道设计中，需要利用结构力学原理来计算隧道的支护结 构和承载能力。因此，结构力学原理是土木工程学中结构设计的重要 理论基础。
三、设计规范和标准的遵循 在土木工程学中，结构设计需要符合相应的设计规范和标准。设计 规范和标准是为了确保工程结构的安全和可靠。不同的国家和地区有 不同的设计规范和标准，例如中国的《建筑结构设计规范》、美国的《建筑构造规范》等。结构设计师需要详细了解并遵循相应的设计规 范和标准，以确保设计方案符合要求。设计规范和标准中包含了很多 具体的设计方法和计算公式，可以指导结构设计的具体过程。 四、材料力学与材料选取 材料力学是研究材料性能和行为的学科，它在结构设计中起到重要 的作用。不同的结构要求不同的材料，例如钢材在桥梁设计中的应用，混凝土在建筑设计中的应用等。在结构设计中，需要根据材料力学的 原理来确定材料的强度、刚度、耐久性等参数，以及材料的使用限制 和注意事项。选择合适的材料对结构的稳定性和安全性至关重要。 五、计算机辅助设计的应用 随着计算机技术的发展，计算机辅助设计在土木工程学中的应用越 来越广泛。通过使用专业的结构设计软件，工程师可以更加高效地进 行结构设计和分析，减少设计错误和漏洞。计算机辅助设计可以帮助 工程师进行复杂结构的受力分析、变形计算等，提高设计的准确性和 效率。 综上所述，土木工程学中的结构设计原理是多方面的，涉及到静力学、结构力学、设计规范、材料力学等多个学科的知识。结构设计的
半拱形隧道衬砌结构的计算模型
半拱形隧道衬砌结构的计算模型 隧道是连接两个地点的地下通道，隧道的衬砌结构起着支撑和保护的作用。其中，半拱形隧道衬砌结构是常用的一种设计方案。本文将从计算模型的角度，探讨半拱形隧道衬砌结构的设计原理和计算方法。 一、半拱形隧道衬砌结构的设计原理 半拱形隧道衬砌结构是指隧道内壁呈半圆形的设计方案。其设计原理是利用半圆形的形状来分散地下水和土压力，提高隧道的稳定性和承载能力。半拱形隧道衬砌结构的设计要考虑以下几个因素： 1. 地质条件：地质条件对隧道衬砌结构的设计有重要影响。需要了解地下水位、土壤类型、地层稳定性等信息，以确定衬砌的尺寸和材料选择。 2. 荷载计算：隧道衬砌结构需要能够承受来自地面、车辆和地下水等荷载的作用。根据设计标准和实际情况，进行荷载计算，确定衬砌的强度和尺寸。 3. 结构设计：半拱形隧道衬砌结构的设计应考虑到结构的受力特点和相应的力学原理。通过合理的结构形式和材料选择，使衬砌结构具有足够的刚度和承载能力。 二、半拱形隧道衬砌结构的计算模型
半拱形隧道衬砌结构的计算模型是为了确定衬砌结构的尺寸和材料，以满足设计要求和工程实际。常用的计算模型包括以下几个方面： 1. 土压力计算：根据土壤力学原理，计算隧道衬砌结构所受的土压力。考虑到土壤的侧压力和水平荷载，以及隧道衬砌的摩擦力和垂直荷载等因素。 2. 水压力计算：对于地下水位较高的隧道，需要考虑水压力对衬砌结构的影响。根据水力学原理，计算水压力的大小和作用方向，以确定衬砌的防水措施和材料选择。 3. 结构强度计算：根据材料的力学性能和结构的受力特点，计算衬砌结构的强度和刚度。考虑到不同部位的受力差异，进行应力和变形的计算，以保证衬砌的结构安全性和稳定性。 4. 施工阶段计算：在隧道的施工过程中，需要进行施工阶段的计算。考虑到土体的变形和支护结构的安全性，进行隧道衬砌结构在施工过程中的力学计算和变形分析。 三、半拱形隧道衬砌结构的计算方法 半拱形隧道衬砌结构的计算方法是根据计算模型，采用相应的数学方法和工程经验进行计算。常用的计算方法包括以下几个方面： 1. 解析法：利用解析解的方法，根据土力学和结构力学原理，推导出衬砌结构的应力和变形表达式。通过合适的边界条件和材料参数，
隧道结构力学计算第二版课程设计
隧道结构力学计算第二版课程设计 一、设计背景 隧道建设是现代城市发展的重要组成部分，其安全性和稳定性对人们生活和财产安全有着重要的影响。在现代隧道工程中，使用计算机辅助设计和分析，已经成为不可或缺的工具。掌握隧道结构力学计算方法，是隧道工程师必备的基本技能之一。 二、设计目标 本课程设计主要目标是帮助学生掌握隧道结构力学计算的基本方法和技巧，了解隧道结构的受力机理和破坏机理，能够独立完成隧道结构的分析和设计计算。 三、设计内容 1. 隧道结构受力分析 1.1 隧道结构基本概念 1.2 隧道结构荷载分析 1.3 隧道结构受力计算方法 2. 隧道结构设计计算 2.1 隧道结构设计的基本原则 2.2 隧道结构设计计算的基本步骤 2.3 隧道结构设计中的重要问题 3. 隧道结构施工过程中的力学计算 3.1 隧道结构施工中的力学问题
3.2 隧道结构施工过程中的力学计算方法 3.3 隧道结构施工中需要注意的问题 四、设计实施 4.1 设计工具的选择 本课程设计将使用MATLAB和ANSYS两种工具进行隧道结构力学计算和分析。对于MATLAB，我们将使用其编程和计算功能进行力学计算；对于ANSYS，我们将使用其有限元分析功能进行结构分析。 4.2 设计步骤 本课程设计将按照以下步骤进行： 步骤一：选择隧道结构模型 根据课程要求，选择一个隧道结构模型进行力学分析和计算。 步骤二：进行荷载分析 根据隧道结构的实际情况，进行荷载分析，确定模型的受力情况。 步骤三：进行力学计算 利用MATLAB编程和ANSYS有限元分析功能，进行隧道结构力学计算。 步骤四：检验分析结果 对力学计算结果进行检验，判断分析结果是否合理。 步骤五：优化设计方案 对于分析结果存在问题的隧道结构，进行优化设计方案，提出更加合理的设计方案。 步骤六：上传报告
隧道结构力学计算课程设计 (2)
隧道结构力学计算课程设计 背景 隧道结构是建设工程中常用的一种工程。隧道结构的设计至关重要，需要考虑各种因素，其中包括：土壤类型，隧道深度，选材和预算等。因此，在隧道结构力学方面有着广泛的应用。本文将介绍隧道结构的力学计算方法，并进行一次课程设计，以帮助读者深入了解隧道结构力学。 隧道结构力学计算方法 地下水的力学特性 隧道工程中地下水的力学性质具有以下特点： •地下水压力是影响隧道结构的重要因素。地下水压力随着深度的增加而增加。 •地下水对隧道结构的作用可分为三类：轴向压力，径向力和耦合渗流作用。 隧道结构设计需要考虑地下水的力学特性，其中包括： •地下水贯通性； •地下水压力计算方法； •地下水承载力计算方法。 隧道结构的荷载分析 隧道结构需要承受荷载，荷载来源包括： •大气正压； •树木生长的根系作用；
•隧道上方的建筑物或交通工具行驶所产生的附加荷载； •各种地震或爆炸的冲击荷载； •隧道自身重量和填土荷载。 通常，隧道结构的荷载分析需要考虑以下因素： •隧道截面设计； •岩石的力学性质； •地震、爆炸和其他荷载特点。 隧道结构的应力分析 隧道结构的应力分析需要考虑以下因素： •隧道结构内部的初始应力； •地层和基础的应力状态； •隧道挖掘和加固的影响； •地震、地面沉降和其他外力的影响。 隧道结构的应力分析需要以结构体的应变形态为基础，理解和计算隧道结构的受力约束。一般来说，隧道结构的应力分析需要考虑以下因素： •材料的本构关系； •材料的强度性质； •隧道结构的初始状态。 隧道结构的稳定性分析 隧道结构的稳定性是重要的设计考虑因素。稳定性分析的目标是确定隧道结构长期保持安全的最小要求，以确保隧道结构的寿命和可靠性。隧道结构的稳定性分析需要考虑以下因素： •地下水的影响；
《结构力学教案》
《结构力学教案》 一、课程概述 《结构力学》是土木工程专业的一门重要课程，它主要研究结构在各种力和力矩作用下的行为和响应。本课程的目标是帮助学生理解结构力学的基本原理和方法，培养其分析和解决问题的能力，为后续的专业课程和实际工程应用打下坚实的基础。 二、课程目标 1、理解结构力学的基本概念和原理，包括静力学、动力学、弹性力学等。 2、掌握结构分析的基本方法和技巧，包括力的平衡、力矩平衡、能量平衡等。 3、熟悉常见的工程结构类型及其特点，如桥梁、房屋、路基等。 4、能够运用结构力学的原理和方法解决实际的工程问题。 三、课程内容 本课程的内容分为以下几个部分：
1、静力学基础：介绍力的定义、分类和性质，结构体系的静力平衡条件，以及常见的约束类型和约束反力。 2、动力学基础：介绍动力学的基本概念和原理，如牛顿三定律、动量定理、动能定理等。 3、弹性力学基础：介绍弹性力学的基本概念和原理，如应力和应变的关系，弹性模量、泊松比等。 4、结构分析方法：介绍结构分析的基本方法和技巧，如力的平衡方程、力矩平衡方程、能量平衡方程等。 5、工程结构类型及其特点：介绍常见的工程结构类型及其特点，如桥梁、房屋、路基等。 6、结构力学在工程中的应用：通过案例分析，介绍如何运用结构力学的原理和方法解决实际的工程问题。 四、教学计划 本课程的教学计划如下： 1、第一周：静力学基础（4学时）
2、第二周：动力学基础（4学时） 3、第三周：弹性力学基础（4学时） 4、第四周：结构分析方法（4学时） 5、第五周：工程结构类型及其特点（4学时） 6、第六周至第八周：结构力学在工程中的应用（12学时） 7、第九周至第十周：复习和考试（8学时） 五、教学方法 本课程采用多媒体教学和传统教学相结合的方式，通过课堂讲解、案例分析、学生练习等多种方式进行教学。同时，也会安排一定的课后作业和小组讨论，以帮助学生巩固所学知识和提高解决问题的能力。 六、考核方式 本课程的考核方式包括期末考试和平时成绩两部分。期末考试采用闭卷考试的方式进行，平时成绩则包括学生的出勤率、课堂表现、作业完成情况等。最终的成绩将根据期末考试成绩和平时成绩的综合表现进行评定。
隧道工程课设
《隧道工程》课程设计 一、课程设计任务书 （一）设计题目 《成都至泸州高速公路二峨山隧道工程衬砌结构计算》 （二）提供资料 1、《成都至泸州高速公路二峨山隧道工程地质勘察报告》 2、成都至泸州高速公路二峨山隧道平面布置图 3、成都至泸州高速公路二峨山隧道剖面 （三）设计内容 ⑴隧道围岩地质分级 ⑵确定围岩物理力学参数 ⑶确定隧道建筑限界尺寸 ⑷确定隧道内轮廓尺寸 ⑸计算隧道围岩压力 ⑹衬砌结构的设计 ⑺计算衬砌结构的内力 ⑻衬砌结构的配筋计算 （四）设计要求 ⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。 ⑵制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图 纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。 ⑶成果内容 ①详细的计算过程； ②必要的计算说明； ③计算成果图表（围岩分级表、围岩参数表、建筑限界尺寸图、隧道内轮廓尺寸 图、隧道围岩压力计算成果示意图、复合衬砌支护参数图、衬砌结构计算成果图、配
筋计算成果表） （四）个人任务 学号洞段车道设计时速 5个洞段分别是K37+350～K37+460；K37+350～K37+460；K38+820～K38+990；K38+990～K39+580；K39+580～K39+710； 4种车道：两车道；两车道带紧急停车带；三车道；三车道带紧急停车带； 2种设计时速：高速公路120公路/小时；高速公路100公路/小时；一级公路80公路/小时；一级公路60公路/小时；
二、课程设计指导书 （一）隧道围岩地质分级划分 隧道围岩级别划分依据《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004）中的3.6节《围岩分级》中各项规定进行划分。结合《隧道地质勘察报告》中的地层岩性的描述、岩石物理力学性质、结构面特征、洞室埋藏深度、水文地质条件、不良地质现象、施工方法等因素综合分析确定。 工作步骤 隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，按以下顺序进行： ⑴根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进行初步分级。 ⑵对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值。 ⑶按修正后的岩体基本质量指标［BQ］，结合岩体的定性特征综合评判，按JTG D70－2004表3.6.5确定围岩的详细分级。 具体过程 围岩分级中岩石坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及其对应关系应符合下列规定： ⑴岩石坚硬程度可按JTG D70－2004表3.6.2-1定性划分。 ⑵岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达。 围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标R C值和K V值按下式计算： BQ=90+3R C+250K V 式中：BQ——围岩基本质量指标； R C——岩石单轴饱和抗压强度； K V——岩体完整性系数，采用弹性波速探测值。 式中：为岩体弹性纵波波速；为岩石弹性纵波波速； 使用以上公式时应遵守下列限制条件： ①当R C＞90 K V时，应以R C=90K V+30和K V代入计算BQ值；
(整理)隧道力学数值方法
第一章 1、 隧道力学：是岩土力学的一个重要组成部分。其所采用的数值方法与结构物的周围环境、 施工方法等因素息息相关。 研究范围：隧道围岩的工程地质分级；隧道和地下结构物的静力分析和动力分析；现场测试和室内模型试验与数值方法的相互验证及参数获取；岩土物理力学性质和本构关系的研究 2、 隧道与地下结构设计模型：经验法、收敛—约束法、结构力学法、连续介质法 第二章 相应减少，同时还能够保证较高的计算精度1、对原结构可采用不规则单元，真实模拟复杂的边界形状。2、建立一基准单元：通过简单变化，能代表各类曲边、曲面单元，且完全不影响单元的特性计算；或不规则单元变换为规则单元，从而容易构造位移模式。3、引入数值分析方法，对积分做近似计算。在基准单元上实现规则化的数值积分，可使用标准数值计算方案，形成统一程序。等参变换条件：如果坐标变换和未知函数（如位移）插值采用相同的节点，并且采用相同的插值函数。 第三章 1.非线性问题：采用数值方法分析结构时，离散化后得到代数方程组：KU+F=0，当总刚度矩阵K 中的元素k ij 为常量时，所代表的的问题为线性问题，当k ij 为变量时，则式为非线性方程组，它所描述的问题为非线性问题。材料非线性：指的是当应力超过某一限值后，应力与应变的变化不成线性关系，但应变与位移的变化仍成线性关系。几何非线性：指的是当应变或应变速率超过某一限值以后，应变与位移的变化不成线性关系，但应力与应变的变化仍成线性关系。 有些情况下，非线性问题即包括材料非线性又包括几何非线性的特征。 2.非线性问题的四种求解方法 直接迭代法 ：① 给定初值0x 、计算精度； ② 用迭代格式()1k k x g x +=进行迭代计算； ③ 判断迭代结果是否满足收敛判据，如果满足，终止计算并输出结果，否则返回步骤②。 特点：适用于求解很多场的问题，但不能保证迭代过程的收敛。 牛顿法—切线刚度法：使用函数f(x ）的泰勒级数的前面几项来寻找方程f(x) = 0的根。 其最大优点是在方程f(x) = 0的单根附近具有平方收敛 。特点：如果初始试探解误差较大，则迭代过程也可能发散。只要初始刚度矩阵式对称的，则切线刚度矩阵将始终保持对称，而在大变形下割线刚度矩阵则不一定能保持这种对称性。 修正的牛顿法—初始刚度法 ：每条线均为平行，均采用初始刚度，显然不用每次迭代都计算刚度矩阵，迭代次数增多，但计算时间不一定多。特点：对于材料应变软化以及体系中塑性区域发展范围较大的情况，采用初始刚度矩阵仍能取得迭代求解的收敛，而在这种情况下采用切线刚度法则难以甚至不能达到收敛。 混合法该法为切线刚度法与初始刚度法联合使用的方法。为此必须采用增量加荷的方式，将总荷载分成几级，逐级加荷。在每一级荷载作用下采用一种初始刚度进行迭代运算，达到收敛后再施加下一级荷载，并采用新的切线刚度矩阵[]r K 进行迭代运算。 3.岩土材料的弹塑性应力应变关系即本构关系四个组成部分：1.屈服条件和破坏条件，确定材料是否塑性屈服和破坏。2.硬化定律，指明屈服条件由于塑性应变而发生的变化。3.流动法则，确定塑性应变的方向。 4.加载和卸载准则，表明材料的工作状态。