拱形結構
1、 曲牆拱結構—採用假定抗力圖形法
該結構被簡化為主動荷載(垂直荷載大於側向荷載)及彈性抗力共同作用下,支承在彈性地基上的無鉸高拱。拱兩側彈性抗力按二次拋物線分布,最大抗力點為h點,值為σh。為了便於計算,可將基本結構分解為在主動外荷載和單位抗力(被動荷載)作用下的兩個基本圖式,分別計算出相應的截面內力和位移值,接著用迭加原理求出襯砌截面的總內力。具體步驟如下:
(1) 求出在主動荷載作用下襯砌截面的內力。
(2) 求在單位被動荷載(單位抗力)作用下截面i所產生的內力。
(3) 求最大抗力σh值。
(4) 求襯砌截面的總內力。
2、 直牆拱結構 該方法將拱圈和邊牆分開計算,將拱圈處理為彈性固定在邊牆上的無鉸平拱,邊牆處理為擱置在彈性地基上的直梁,在拱腳和牆頂連線處應滿足力的平衡條件和變形連續條件。拱圈的彈性抗力的分布按“假定抗力圖形法”計算最大抗力點發生在牆頂。其值為σh。拱腳處抗力為σd,當Φ=75-90°時可把σd當作抗力最大值。邊牆底部視為彈性地基上的剛性梁,側面按其換算長度來確定為長梁(≥2.75),短梁(1—2.75),剛性梁(<1)。然後按初參數方程來計算牆頂截面位移及邊牆各截面的內力。拱圈襯砌截面的內力計算方法及步驟與曲牆式襯砌相同。
圓形結構
1、當整體式圓管結構修建在鬆軟的地層中,地層對結構的彈性抗力很小,故假定結構可自由變形。採用自由變形圓環法。
首先是荷載計算。包括環自重,豎向地層(單位寬)壓力,地層水平力(單位寬),靜水壓,地基反力等。其次是內力計算,採用彈性中心法。由於結構及荷載對稱,拱頂切口處剪力為零,根據力的平衡及變形協同條件採用力法方程,可得圓環中任意截面的內力。
3、 假定抗力法
4、 襯砌結構在豎向荷載作用下,產生向地層方向的變形,從而引起彈性力。先假定圓管結構彈性抗力分布,然後通過豎向均布地層力作用下,圓環自重作用下,內水壓力作用下,外部靜水壓力作用下任意截面彎矩與軸力的計算公式。按查係數表法求得相應內力。
框架結構
框架結構是平面變形問題,沿縱向取單位寬度,按閉合框架計算其結構內力。首先確定頂板上荷載,底板上荷載及側壁的荷載。然後採用力矩分配法,疊代法或位移法求框架內力。
二、地層結構法把地下結構與地層作為一個受力變形的整體,按照連續介質力學原理來計算地下結構以及周圍地層的變形。不僅計算出襯砌結構的內力和變形,而且計算出周圍地層的應力。充分體現了周圍地層與地下結構的相互作用,但是由於周圍地層以及地層與結構相互作用模擬的複雜性,地層結構法目前尚處於發展階段。它包括如下內容:地層合理化模擬,結構模擬,施工過程模擬,以及施工過程中結構與周圍地層的相互作用,地層與結構相互作用的模擬等。
總之,地下結構的設計受到各種複雜因素的影響,經驗往往占據一定的位置。即使內力分析採用了比較嚴密的理論,其計算結果往往需要用經驗類比加以判斷和補充。我們在設計地下結構時只有同時進行多種設計方法的比較,才能做出較經濟合理的設計。