Đồ án Thiết kế Hầm đường sắt, khổ 1500, cao 6,5m, tường thẳng

Phần i: tính toán thiết kế Chương 1: các số liệu thiết kế Số thứ tự: n =5 1.1.Loại hầm Hầm đường sắt, khổ 1500, cao 6.5m, tường thẳng. 1.2.Sơ đồ mặt cắt dọc hầm Sơ đồ 5 (trang bên) L = 250 + 10.n=250 + 10*5= 300(m) l2 = 142.5(m) lA = 25 (m) lb = 90-n = 85(m) l1=L-(l2+lA+lB)=300-(142.5+25+85)=147.5(m) 1.3.Dạng địa chất Dạng địa chất Lớp phủ Lớp địa chất 1 Lớp địa chất 2 lA lB Loại đất đá f (T/m3) Loại đất đá f (T/m3) 25 85 Cát kết 4 2.5 Đá vôi chắc 7 2.6 Chương 2: thiết kế trắc dọc hầm 2.1.Các thông số: L = 300 m lA =25 m lB = 85 m l1 =147.5 m l2 = 556 m 2.2.Độ dốc dọc trong hầm Độ dốc dọc trong hầm phải thoả mãn yêu cầu sau: imax 40%o imin = 3%o Hầm được thiết kế với 2 hướng dốc nhằm đảm bảo cho việc thoát nước trong khi thi công được dễ dàng. Trắc dọc hầm được chọn như bản vẽ có độ dốc 1.5%Chương 3: thiết kế kết cấu vỏ hầm mặt cắt ngang hầm Sau khi xác định khổ hầm tiến hành lên mặt cắt ngang Khuôn hầm đi sát khổ hầm thì tiết kiệm được vật liệu cũng như khối lượng đất đá phải đào. Tuy nhiên, khuôn hầm cũng phải đi qua những điểm khống chế mà ta phải xác định. Các điểm này ta định ở các góc nhô cao trong khổ hầm và khoảng cách đó lấy theo hệ số kiên cố f. Với f =4 ở đầu bài e1 = e2 = 5 cm Khoảng cách này nhằm loại trừ những biến dạng khi trong quá trình thi công cũng như những sai số trong thi công. Vòm được thiết kế là vòm 2 tâm với R1<R2 Sơ đồ mặt cắt ngang (tường thẳng + vòm) trên cát kết có f =4 được thể hiện trên bản vẽ có tỷ lệ 1:50 với các kích thước cơ bản sau: R1 = 2220(m) R2 = 3144(m) chương 4: tính kết cấu vỏ hầm 3.1.Các số liệu ban đầu Vỏ hầm dùng bê tông mác 200 Các thông số của bê tông mác200: E = 2.9x105 kg/cm2 Rn = 130kg/cm2 Rk = 10kg/cm2 BT = 2.5T/m2 Hệ số nền R = 1 x105 với f =4 Hệ số ma sát: = 0.3 3.2.Xác định tải trọng 3.2.1.áp lực thẳng đứng của địa tầng. Chiều cao áp lực vòm: Trong đó:f =4 = arctgf = 75,96o ; Bo=608.2(cm) ; H=878.5(cm) . Trọng lượng đất đá q1 = .h = 2.3Tấn/m2 h = 128.8m qtc = 2.3 128.8 = 2.96 T/m2 ; qtt = nqtc = 1.5 2.96=4.44 T/m2 Trọng lượng bản thân kết cấu vỏ hầm : gbttc = (d0+dcv) bt/2 = (0.4+0.4) 2.5/2 = 1 T/m2 gbttt = n.gbttc = 1.2 1 = 1.2T/m2 Trong đó: d0 = dcv = 0.4m chiều dày không đổi của vòm BT = 2.5T/m3 trọng lượng riêng của vỏ bê tông Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên kết cấu vỏ hầm q = qtc + gbt = 2.96 + 1= 3.96T/m2 Tải trọng tính toán không xét đến nước ngầm Tính cho 1m dài của hầm qtt = qtt + gbttt = 4.44+ 1.2 = 5.56 T/m 3.3.Sơ đồ tính của hầm được thể hiện như hình vẽ trong đó: Hầm được chia làm 4 đốt và có các đặc trưng hình học sau: s=s/n=4.72/4=1.18(m); Tiết diện x(m) y(m) (o) D(m) I 1/I 0 0.000 0.000 0.00 0.000 1.000 0.40 0.0053 188.68 1 1.134 0.282 28o 0.469 0.531 0.40 0.0053 188.68 2 2.042 1.026 50o 0.766 0.234 0.40 0.0053 188.68 3 2.634 2.039 70o 0.940 0.06 0.40 0.0053 188.68 4 2.841 3.195 90o 1 0 0.40 0.0053 188.68 Bảng1 3.4.Xác định nội lực trong kết cấu cơ bản qi = qttli(T) q M0qi = qiaqi (Tm) Nqi = qisini (T) Mq Trong đó: qi: tải trọng tác dụng mặt ngoài vòm ai: cánh tay đòn tính đến trục vòm i: góc của tiết diện tính toán và trục thẳng Kết quả tính được thể hiện trong bảng sau: Bảng 2 TD qi(T) aqi(m) M0qi(Tm) Sinji N0q(T) 1 6.3 0.567 -3.57 0.469472 2.956 2 11.35 1.021 -11.59 0.766044 8.69 3 14.65 1.318 -19.31 0.939693 13.68 4 15.79 1.320 -20.84 1 15.79 3.5.Xác định chuyển vị đơn vị và chuyển vị do tải trọng ngoài. Chuyển vị do tải trọng đơn vị gây ra 11, 12, 22 Thực tế việc nhân biểu đồ trên là khó vì tiết diện vỏ hầm thay đổi, vì vậy ta phải tính gần đúng theo công thức tổng tích phân Các giá trị tính được ghi trong bảng sau: Bảng 3 Tiết diện Mp0 1 53.210 188.679 15.005 310.098 -3.57 -673.585 -189.95 -863.34 2 193.585 188.679 198.618 774.466 -11.59 -2186.79 -2243.65 -4312.93 3 384.717 188.679 784.438 1742.549 -19.31 -3643.39 -7428.87 -11072.26 4 602.830 188.679 1926.042 3320.378 -20.84 -3932.08 -12563.0 -16495.076 Xác định chuyển vị dưới tác dụng của tải trọng ngoài Kiểm tra độ chính xác khi tính toán So sánh kết quả thấy : SS = 11+221+22 SP = 1P+2P 3.7.Xác định chuyển vị đàn hồi ở đỉnh tường Chân vòm được kê lên đỉnh tường nên chuyển vị của chân vòm cũng là chuyển vị của đỉnh tường Tính tường như dầm kê trên nền đàn hồi Đặc trưng độ cứng của tường S trong đó: E = 2.9x106 T/m2 Mô dung đàn hồi của bê tông mác 200 J = 1x0.43/12 = 0.0053(m4) Mô men quán tính của tiết diện k = 0.658*105 ( hệ số kháng lực đàn hồi của địa tầng) b = 1m Chiều dài tính đổi của tường: = l/S = 5.21/0.983 = 5.3 > 2.75 Sơ đồ tính của tường là dầm dài vô hạn *l=1.017 2 = 1.034 3 = 1.052 2 = u1 = 3.14x10-5 Xác định P và uP Mô men ở đỉnh tường M0đp Lực đẩy ở đỉnh tường H0đp M0đp = M04p =- 20.84 (T/m) H0đp = 0(T) Do đó: P = M0đp 1 = -133.23 x10-5 uP = M0đpu1 = -20.84x3.14x10-5 = -65.47x10-5 3.8.Xác lập và tìm X1, X2 X1, X2 được xác định theo công thức sau: 3.8.1.Xác định các hệ số aij a11 = 11+ 1 = 30.709x10-5+6.39x10-5=37.099x10-5 a12= 12 + fx1+ 2 = 50.224x10-5+3.195x6.39x10-5+3.14x10-5=73.78x10-5 a22 = 22+ u2+ f2 1+ 2f 2 = 118.98x10-5+3.09x10-5+3.1952x6.39x10-5+2x3.195x3.14x10-5 =207.36x10-5 a10 = 1p + p = -424.31x10-5-133.23 x10-5 = -557.54x10-5 a20 = 2p+f p+ up= -912.06x10-5- 3.195x133.23x10-5 -65.47x10-5 =-1403.2x10-5 Thay các giá trị của aij vào công thức nghiệm trên X1 =5.37(Tm) X2 = 4.86(T) 3.9.Xác định nội lực trong tiết diện vòm X1 = 5.37 X2 = 4.86 Công thức tính toán: M=Mpo+X2*y+X1 N=Nop+X2*Cos Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau: Tiết diện Mpo X1 yX2 M M/J yM/J Nop X2cos N e 1 -3.57 5.37 1.37 3.17 598.113 168.668 2.956 4.291 7.247 0.44 2 -11.59 5.37 4.986 -2.234 -421.509 -433.733 8.69 3.124 11.814 0.19 3 -19.31 5.37 9.909 -4.031 -760.566 -1550.794 13.68 1.662 15.342 0.26 4 -20.84 5.37 15.528 0.058 10.944 34.966 15.79 0 15.79 0.003 Kiểm tra kết quả tính Công thức kiểm tra theo công thức của Sim sơn: S/EJM=-0 (1) S/EJMy=-(f0+u0) (2) xác định 0 = X1 1 + f 1X2 + 2X2 + p Trong đó : X1 = 5.37Tm S/EJM=-0 X2 =4.86 T f = 3.195 1 = 6.39x10-5 2 = 3.14x10-5 p = -133.23x10-5 Thay vào công thức trên ta có 0 = 21.869x10-5 u0 =- 50.42x10-5 f = 3.195 0 = 21.869x10-5 f 0 + u0 =19.45x10-5 3.10.Xác định nội lực tường bên và kháng lực đàn hồi của địa tầng Chiều dài tường bên là 5.21m Chia tường thành 4 đoạn có chiều dài là: 5.21/4 =1.3025m 3.10.1.Nội lực tại đỉnh tường Mđ = M0dp+X1+fX2 =-20.84+5.37+3.195x4.86=37.085 Tm Nđ = X2cos = 17.115 – 0 = 17.115 T Hđ = - H0dp + X2 = -RH + X2 = - 2.827x5.906 + 25.717 = 9.021 T 3.10.2.Xác định nội lực trong các tiết diện Mx = Mđt3+Hd2/ Hx = -2Mđt2+(Hđt/)x4 X1 =-5.6705 X2 = -3.391 N = wd+Nd Trong đó: Mdt, Hdt, Wdt là mô men, lực đẩy, và lực thẳng đứng ở đỉnh tường 1, 2, 3, 4 các hàm số hypebolit Nd = 2.4x(0.4x3.47x1)/4 =0.8328 T/m Bảng tính toán nội lực các mặt cắt phân vòm được tổng hợp trong bảng sau: Bảng 8 Nội lực tại các mặt cắt chân tường. Tiết diện x x 1 2 3 4 M N 6 0 0 1.000 7 1.076 1.215 0.103 0.278 0.381 -0.175 1.267 -30.961 8 2.152 2.430 -0.067 0.057 -0.009 -0.124 0.565 -7.103 9 3.229 3.645 -0.023 -0.013 -0.035 -0.010 0.022 1.257 10 4.305 4.860 0.001 -0.008 -0.007 0.009 0.010 0.885 3.11.Duyệt tiết diện 3.11.1.Tại tiết diên đỉnh vòm M = 7.281Tm N = 12.632T 0.225d = 0.225x0.4 = 0.09m Vậy e = 0.576 > 0.225d = 0.09 là trường hợp lệch tâm lớn Công thức kiểm tra: N < Ngh trong đó: m = 0.9 Rk = 10 kg/cm2 = 100T/m2 b = 1m d = 0.4m Vậy thoả mãn điều kiện N < Ngh 3.11.2.Tại tiết diện 4 M = - 6.828 Tm N = 21.586 T Do đó e = 0.316m > 0.225d = 0.09 là lệch tâm lớn Công thức Vậy điều kiện N < Ngh là đảm bảo 3.11.3.Tiết diện chân vòm M = 2.451Tm N = 21.904T Do đó e = 0.1119m > 0.225d = 0.09 là lệch tâm lớn Công thức Vậy điều kiện N < Ngh là đảm bảo