地下結構

地下結構按構造形式分為拱形結構、圓形和矩形管狀結構、框架結構、薄殼結構、異形結構。地下結構所承受的荷載，按照作用特點及使用中可能出現的情況分為以下三類：即永久（主要）荷載、可變（附加）荷載和偶然（特殊）荷載。

基本介紹

• 中文名：地下結構
• 構造形式：拱形、圓形和矩形管狀結構等
• 作用特點：永久、可變和偶然荷載
• 框架結構：是平面變形問題

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。