地下建筑结构课程设计--隧道盾构施工.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date地下建筑结构课程设计-隧道盾构施工地下建筑结构目录1 荷载计算-31.1 结构尺寸及地层示意图-31.2 隧道外围荷载标准值-3 1.2.1 自重-3 1.2.2 均布竖向地层荷载-4 1.2.3 水平地层均布荷载-4 1.2.4 按三角形分布的水平地层压力-5 1.2.5 底部反力-5 1.2.6 侧向地层抗力-5 1.2.7 荷载示意图-62 内力计算-63 标准管片配筋计算-8 3.1 截面及内力确定-8 3.2 环向钢筋计算-8 3.3 环向弯矩平面承载力验算-114 抗浮验算-105 纵向接缝验算-12 5.1 接缝强度计算-12 5.2 接缝张开验算-146 裂缝张开验算-157 环向接缝验算-168 管片局部抗压验算-179 参考文献-18一. 荷载计算1.1结构尺寸及地层示意图图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：1.2隧道外围荷载标准值计算1.2.1自重 钢筋混凝土自重（）；-管片厚度（m）；1.2.2均布竖向地层荷载竖向地层荷载： 地面超载：近似均布拱背土压力：其中： 1.2.3水平地层均布荷载其中：则：1.2.4按三角形分布的水平地层压力其中： 1.2.5拱底反力1.2.6侧向土层抗力其中：衬砌圆环抗弯刚度:衬砌圆环抗弯刚度折减系数:；则：取1.2.7荷载示意图图1-2 圆环外围荷载示意图二、 内力计算取一米长度圆环进行计算，其中荷载采用设计值，即考虑荷载组合系数。计算结果如下表（已考虑荷载组合系数）： 隧道圆环内力计算结果截面/度弧度内力 荷 重自重轴线半径均布竖向地层荷载水压水平均布荷载底部反力水平压力Pk引起的圆环内力每米内力g(kN/)RH(m)q(kN/)q(kN/)P1(kN/)PR(kN/)P2(kN/)Pk(kN/)10.52.925123.11265.6140.0839.45157.7200 M kN.m44.9172.925314.94 -25.667-140.31 -58.73 -35.44 -58.77 40.94 180.31438.4012.925259.24 -10.432-113.54 -52.51 -30.26 -50.23 40.66 360.62820.3412.925111.84 0.802-43.44 -34.49 -15.43 -25.45 14.18 540.942-5.0232.925-75.50 6.93943.23 -6.41 6.19 12.98 -17.59 721.256-31.362.925-238.31 7.377113.41 28.98 28.35 54.50 -37.05 901.57-51.2412.925-323.27 2.074140.31 68.21 42.17 74.72 -47.03 1081.884-57.342.925-306.52 -8.452113.67 106.04 39.91 47.87 -64.82 1262.198-43.6792.925-188.42 -23.17143.66 121.16 19.94 -35.23 -105.73 1442.512-6.7352.92519.49 -40.644-43.02 69.68 -10.54 -25.29 -37.05 1622.82653.7362.925296.88 -59.163-113.28 -95.91 -37.91 -50.14 -5.79 1803.14134.3022.925616.61 -76.916-140.31 -401.98 -48.94 -58.77 24.00 00N KN-15.36 2.93 -38.17 573.62 191.88 43.66 36.12 59.70 851.45 180.314-11.63 2.93 -1.95 558.39 173.58 41.52 34.29 56.78 850.97 360.628-1.09 2.93 93.42 547.15 125.65 35.33 28.38 48.31 877.13 540.94214.37 2.93 213.08 541.02 66.38 25.68 18.37 34.12 913.00 721.25631.93 2.93 313.76 540.58 18.39 13.52 6.93 12.64 937.74 901.5748.21 2.93 360.07 545.88 0.00 0.03 0.01 0.00 954.20 1081.88459.78 2.93 354.34 556.41 18.22 -44.25 4.08 12.64 961.22 1262.19863.67 2.93 313.97 571.13 66.09 -106.36 21.44 34.12 964.05 1442.51257.84 2.93 242.89 588.60 125.35 -160.23 47.05 48.31 949.81 1622.82641.54 2.93 148.05 607.12 173.40 -156.34 70.01 56.78 940.55 1803.1415.51 2.93 38.74 624.87 191.88 -51.22 79.28 -59.70 839.36 根据表格所示，在度时轴力最大和弯矩最大三、 标准管片配筋计算3.1 截面及内力确定由上述内力计算，取，进行内力计算，衬砌管片同时受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。简化模型为b=1000mm，h=350mm，保护层厚度取50mm。根据修正惯用法中的-法，由于纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低，取圆环整体刚度为： 而管片的内力： a.最大负弯矩时：b.最大正弯矩时：3.2 环向钢筋计算3.2.1按最大负弯矩配筋取：。 采用非对称配筋，先按大偏心计算，假设对于大偏心构件，取，对取矩，=负值所以，按照构造配筋，取取4ø16钢筋，面积为804mm2将带入公式可得算出x=35.2mm,所以取，对N取力得平衡带入数据算得：As=73.14mm2<0.2%bh所以去As=0.2%bh=700mm2取4ø16，供给面积为804mm23.3环向弯矩平面承载力验算（按轴心受压验算）查混凝土结构设计原理表3-1，得轴心受压稳定系数：，（纵向钢筋配筋率）（构件截面面积）满足要求 四、抗浮验算盾构隧道位于含地下水的土层中时受到地下水的浮力作用，故需验算隧道的抗浮稳定性，用抗浮系数：式中：隧道自重G拱背土压力P垂直荷载F水浮力则： 满足要求其中：水压力：五. 纵向接缝验算5.1接缝强度计算近似地把螺栓看作受拉钢筋，假设选用1根螺栓。按偏心受压钢筋混凝土截面尽行计算。5.1.1.负弯矩接头（截面） ，其中：-螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹由：得：为大偏心受压,则： 满足要求5.1.2正弯矩接头（截面） ，由：得：为大偏心受压,则： 满足要求5.2接缝张开裂度验算管片拼装之际由于受到螺栓（5.8级），在接缝上产生预应力：其中：螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹( )螺栓与重心轴偏心距（取25mm）衬砌截面面积和截面距当接缝受到外荷载，由外荷载引起的应力：其中：外荷载，由外荷载引起的内力衬砌截面面积和截面距选取不利接缝截面（），计算如下：由此可得接缝变形量：其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）l涂料厚度（取5mm）n螺栓个数。则：环向每米宽度内选用1只螺栓即可满足要求，但是根据以上接缝强度计算每沿米宽度需要2只螺栓才能满足要求。考虑安全问题，所以取2只螺栓。六、裂缝张开验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。    根据GB50010-2002的8.1.2对的偏心受压构件可不验算裂缝宽度。所以，管片裂缝张开满足要求。七、环向接缝验算环缝的综合伸长量：其中:管片伸长量: 纵向螺栓伸长量: 管片弯矩取最大值，即为126°时弯矩最大混凝土面积：按环形断面计算： 混凝土：计算纵向螺栓（M30，45钢），螺栓长度为160mm 满足要求八、管片局部抗压验算由于管片连接时在螺栓上施加预应力，故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。圆形衬砌外径为6200mm，内径5500mm，盾构外径6340mm，盾构千斤顶中心线直径5815mm，盾构千斤顶共24台，每台最大顶力为1500Kn，顶块受力面积尺寸为。根据规范GB50010-2002，验算式中： 局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值,取1500kN；混凝土轴心抗压强度设计值，取23.1N/mm2。混凝土强度影响系数,取1.0；混凝土局部受压时的强度提高系数；混凝土局部受压面积，取混凝土局部受压净面积，取局部受压的计算底面积； 满足要求九、参考文献1.混凝土结构基本原理 顾祥林主编 同济大学出版社2.地下建筑结构 朱合华主编 中国建筑工业出版社3.盾构隧道衬砌设计指南 国际隧协编写 翟进营 译4. 混凝土结构设计规范GB50010-2002-