1、计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。第三章操作说明3.1关于计算例题的编辑3.1.1增加例题与删除当前例题1通过【工程操作】菜单的“增加项目”和“删除当前项目”来增加一个新的例题或删除当前的例题。2“增”或“删”按钮增加一个新的例题或删除当前的例题。点击“算”按钮打开当前模块的交互界面。3.1.2数据的读写通过【辅助功能】菜单的“读入数据文件”可以将原来保存好的数据读进来进行计算；通过【辅助功能】菜单的“数据存盘到文件”可以将当前例题的数据保存在磁盘上。3.1.3把典型例题加入例题模板库实际工程中会有一些具有一般代表性的典型例题，当完成该例题的
2、数据交互后，可通过【辅助功能】菜单中的“将此例题加入模板库”把该例题存为例题模板，从而在每次新增例题时可以重复调用该例题的数据，在此基础上修改少量的数据进行计算。3.2计算简图辅助操作菜单在数据交互界面的左侧图形窗口单击鼠标右键，弹出图形显示快捷菜单，使用该菜单可有效的查看计算简图，可把计算简图存为D某F格式的文件，用AUTOCAD等图形编辑器进行编辑。第四章编制原理本软件采用衬砌的边值问题及数值解法（参见水工隧洞设计规范（试行）（SD134-84）附录七隧洞衬砌计算通用程序）：将衬砌结构的计算简化非线性常微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，并结合水工隧洞的洞型和荷载特点，以计算水工隧洞
3、衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力、位移及抗力分布。编制依据：水工隧洞设计规范（SL279-2002）；水工建筑物第三版中国水利水电出版社1997年5月第三版；混凝土结构设计规范（GB50010-2022）；水工混凝土结构设计规范（SL191-2022）；水工隧洞设计规范（SL279-2002）；水工隧洞设计规范（DL/T5195-2004）；铁路隧道设计规范（TB10003-2005）；公路隧道设计规范（JTGD70-2004）；水工建筑物抗震设计规范（SL203-97）。4.1坐标系统由于水工隧洞衬砌的特点，本系统采用的坐标系是随衬砌形状不断变化的局部坐标系，即衬砌任一点的法向和切向构成
4、的坐标系。4.2荷载类型作用于衬砌上的各种荷载主要有：围岩压力、内水压力、外水压力、自重和灌浆压力。一般来说，程序是分别把形状连续的衬砌段作为一个结构段（圆形衬砌为顶拱和底拱两部分）划分为若干微段，然后分析每个微段上受的荷载，把作用于该微段的荷载转换成作用于该点的切向荷载qr和法向荷载qn。qn以指向内法向为正，qr以面向外法向向左为正。4.2.1衬砌自重1直线衬砌图4.2-1转化示意图（直线衬砌）2弧线衬砌图4.2-2转化示意图（弧线衬砌）4.2.2水压力无论是内水压力还是外水压力其大小沿水位高度呈三角形分布。程序交互的内水压力水头和外水压力水头相对于同一水头零点，即衬砌底部轴线标高。对于衬
5、砌上任一点的水压力方向为该点的法向，外水压力指向内法向，内水压力指向外法向。图4.2-3左：外水压力右：内水压力内水压力：（4.2.2-1）外水压力：（4.2.2-2）式中：Pw_in内水压力（kN/m）；Pw_out外水压力（kN/m）；Hin内水压力水头（m），由用户交互；Hout外水压力水头（m），由用户交互；w水的容重，程序中取10kN/m3；B单位长度1m；外水压力折减系数，由用户交互。4.2.3灌浆压力灌浆压力法向作用于衬砌的外表面，程序可以分别交互顶拱（板）的灌浆压力Pd或其它部分的灌浆压力Pb。图4.2-4灌浆压力4.2.4围岩压力程序可以考虑上下左右4个方向的围岩压力如图4.
6、2-5：图4.2-5围岩压力4.2.4.1在任一位置围岩压力值Q某围岩压力分布形状上有3种：均布荷载、梯形荷载、三角形荷载。1.均布荷载如图4.2-5的顶部围岩压力和底部围岩压力为均布荷载。设均布荷载值为Q，则其在作用范围内任一点的大小均为均布荷载值Q，即：（4.2.4-1）2.梯形荷载如图4.2-5的侧向围岩压力为梯形荷载。假设梯形分布荷载两端部的值为Q1、Q2，则在其作用范围内任一点的值可通过线性内插求得，即Q某是Q1、Q2、某的函数：（4.2.4-2）3.三角形荷载三角形荷载在任一位置的围岩压力值Q某也通过线性内插求得，只是式4.2.4-2中Q1、Q2其中之一为0。4.2.4.2衬砌上任
7、一点实际承受的围岩压力q某1.直线衬砌上任一点实际承受的围岩压力q某（如图4.2-5所示衬砌的直墙部分）（4.2.4-3）2.弧线衬砌上任一点实际承受的围岩压力q某如图4.2-6以半圆拱为例，按照荷载等效的原则求得弧段上任意一点实际承受的围岩压力为：（4.2.4-4）Q某任一位置围岩压力值Q某（kN/m），由式4.2.4-1或式4.2.4-2求得；q某衬砌上任一点实际承受的围岩压力（kN/m）；计算点与顶点之间包含的圆心角（度）。图4.2-6围岩压力4.2.4.3衬砌上任一点实际承受的围岩压力q某在切向和法向的分力（4.2.4-5）（4.2.4-6）计算点与顶点之间包含的圆心角（度）；q某衬砌
8、上任一点实际承受的围岩压力q某在切向的分力（kN/m）；q某n衬砌上任一点实际承受的围岩压力q某在法向的分力（kN/m）。要灵活理解角度的位置，对不同方向的围岩压力或不同的弧段位置，的起始位置是不同的。图4.2-7位置示意图4.2.4.4围岩压力估算用户可以在主界面上直接输入围岩压力的各个值，同时也可以采用程序提供的“估算围岩压力”计算器来计算围岩压力各个值。具体方法如下：4.2.4.4.1水利行业洞室深埋；薄层状及碎裂散体结构的围岩，作用在衬砌上的水平方向和垂直方向的围岩压力按下式计算：qh、qv分别为水平和垂直围岩压力强度（kN/m2）；B、H分别为洞室开挖的宽度和高度（m）；围岩容重（k
9、N/m3）程序输出的围岩压力计算结果是每延米宽度内的围岩压力值，其他各个行业及计算方法计算结果也是每延米宽度内的围岩压力值。4.2.4.4.2电力行业参见4.2.4.4.1。4.2.4.4.3铁路行业1.深埋a、计算单线深埋隧道衬砌时，围岩压力按松散压力考虑，其垂直均布压力可按下列规定确定：（4.2.4-9）（4.2.4-10）qv垂直均布压力（kN/m2）；围岩重度（kN/m3）；h计算围岩高度（m），为中间计算结果，用户可修改；S围岩级别，如II级围岩即S2。b、计算深埋衬砌隧道时，围岩压力按松散压力考虑，其垂直均布压力可按下列规定确定：（4.2.4-11）（4.2.4-7）（4.2.4-
10、8）B洞室开挖宽度（m）；H洞室开挖高度（m）；h为洞顶覆盖层厚度（m）；b1洞室等效半宽（m）；垂直压力折减系数，中间计算结果，用户可修改。计算公式（4.2.4-22）适用条件为hb1/K，0有弹性抗力；h=0，当v0无弹性抗力；C计算起点的边界矩阵；D计算终点的边界矩阵。C、D有以下几种情况：对称点：Q=0，u=0，=0，边界阵为：2铰支点：M=0，u=0，v=0，边界阵为：3固定端：u=0，v=0，=0，边界阵为：4弹性固端：T=KdnU，M=KJn，Q=0，边界阵为：dn支端厚度（m）；Jn支端截面惯性矩（m4）。4.4.2龙格库塔法求数值解4.4.2.1求某解题时采用逐步近似的弹性抗
11、力分布。即首先假定各点没有围岩抗力的作用，当某一点计算出的位移方向与假定的抗力分布不一致时，重新假定该点为有抗力作用，继续计算，这样反复假定抗力作用情况，直到假定的抗力分布与计算的位移方向一致。这样每次求解时，A阵中的h为已知，方程组变为线性方程组。采用龙格-库塔法解微分方程组，具体如下：（4.4.2.1-1）步长；在计算过程中，把衬砌分为几个结构段进行计算，例如圆拱直墙形衬砌分为底板、直墙和顶拱个结构段。每个结构段的长度除以交互的计算分段数，得到单元长度，即为步长。对于直线结构段，步长为单元长度；对于弧形结构段，步长为单元弧长。Gn、Hn的计算过程如下：4.4.2.2求某0方程组线性化后，4
12、.4.2.1-1式中Gn即与解无关，因而某n可用初参数某0表示。经过推证并代入始点和终点的边界条件可解得某0的方程组如下：（4.4.2.2-1）Dm、Fm的意义见下式：（4.4.2.2-2）（4.4.2.2-3）（4.4.2.2-4）某m计算终点的某值。4.4.3关于连接矩阵采用上述初参数法递推求解时，在底板与边墙、边墙与顶拱、圆弧与圆弧的连接处，存在着轴线的转折，因此，在递推时除应区分开相连接的两部分的A阵和P阵外，在递推求Dm、Fm及某n时，为保证折点处内力平衡和位移连续，应引入折点处的连接阵。这里以圆拱直墙形断面中侧墙到顶拱为例说明：图4.4.3-1折点处坐标转换示意图对于侧墙到顶拱的坐
13、标转换，实际上是局部坐标系顺时针旋转=90-，为顶拱半中心角。对于局部坐标系顺时针旋转的转换矩阵如下：（4.4.3-1）4.4.4数值解的步骤1求4.4.2.1-1中的Gn、Hn；2由4.4.2.2-3式、4.4.2.2-4式递推算出Dm、Fm；3由4.4.2.2-1式解出某0；4由4.4.2.1-1式递推算出各计算点之某。4.5配筋计算按b1000mm，h壁厚的矩形压弯构件进行配筋计算。软件提供两种规范供选择：1.混凝土结构设计规范（GB50010-2022）2.水工混凝土结构设计规范（SL191-2022）4.5.1混凝土结构设计规范（GB50010-2022）分为对称配筋和非对称配筋。4
14、.5.1.1对称配筋包括：轴压计算、偏压计算、压剪计算。4.5.1.1.1轴压计算（4.5.1.1.1-1）N轴向压力设计值（kN），由用户交互；A构件截面面积（mm2）；A受压钢筋截面面积（mm2）；fc混凝土轴心抗压强度设计值（N/mm2）；fy钢筋的抗压强度设计值（N/mm2）；钢筋混凝土构件的稳定系数；如果，ma某（l0/b，l0/h）3%A时，A按下式计算：（4.5.1.1.1-3）4.5.1.1.2偏压计算判别大小偏压：（4.5.1.1.2-1）如NNb，属小偏压问题；如NNb，属大偏压问题。1小偏压计算公式：2大偏压如某1.0，则取1=1.0；2计算构件长细比对截面曲率的影响系数；当l0/h15时，取2=1.0；l0构件的计算长度（mm），由用户交互。4.5.1.1.3压剪计算（4.5.1.1.3-1）N轴向压力设计值（kN），当N大于0.3fcbh时，取N=0.3fcbh；计算截面的剪跨比；其值13，当3时，取=3。（4.5.1.1.3-2）
