2022年内力图-地铁盾构计算书 .pdf

1 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图35062005500138350B1138DB273L1K73L2881280灰色淤泥质粘土kN/mc=12. kPa 29253灰色淤泥质粉质粘土kN/mc=12.2kPa 164533332q=20kN/m500褐黄色粘土kN/m10003500灰色砂质粉土kN/m人工填土kN/m150043800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：mm4380050*849+1350h灰。按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。1.2 隧道外围荷载标准值计算（1） 自重2/75.835.025mkNgh（2）竖向土压若按一般公式：21/95.44688 .485 .37 .80.11 .90.185.018qmKNhniii由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8mD=6.55m，属深埋隧道。应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan()tan(001001tan)/(pBhBheqeBcB其中：mRBc83.6)4/7 .75.22tan(/1.3)4/5 .22tan(/0000名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 11 页 - - - - - - - - - （加权平均值0007.785.5205.42.7645.19 .8）则：2)9.8tan83. 68.48()9.8tan83. 68.48(11/02.189201 9 .8tan)83.6/2.128(83.6pmKNeeb 普氏公式：20012/73.2699.8tan92.7832tan32pmKNB取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189pmKNe。（3） 拱背土压mkNRc/72.286 .7925.2)41 (2)41 (2G22。其中：3/6. 728.1645.11. 728.10 .8645.1mKN。（4） 侧向主动土压)245tan(2)245(tan)(q0021chpee其中：21/02.189pmKNe，3/4.785.5205.41.7645.18mKN0007.785.5205.42.7645.19.8kPac1.1285.5205.41.12645.12.12则：2000021/00.121)27 .745tan(1 .122)27.745(tan02.189qmKNe2000022/06.154)27 .745tan(1 .122)27 .745(tan)85.54.702.189(qmKNe（5） 水压力按静水压考虑：a 竖向水压：2w1ww1/478.24=48.89.8=H=pmKNb 侧向水压：2w1ww1/478.24=48.89.8=H=qmKN2w2ww2/532.14=5.5)(48.89.8=H=qmKN（6） 侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量：)R0.0454kEI24()Rq(q-)q(q-)p2(p=4c4cw2e2w1e1w1e1其中：衬砌圆环抗弯刚度取2376 .123265120.350.1103.45EImKN衬砌圆环抗弯刚度折减系数取7 .0；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 11 页 - - - - - - - - - 则：m34410617.057.366600811.2261)925.2200000.04546 .232651.70(24925. 2)14.325(154.06-)24.784(139.19-)24.78402.189(2=2-3r/35.1210617.000002=yk=qmKN（7） 拱底反力wcc1RR2-0.2146R+g+p=Pe其中：21/02.189pmKNe2/75.8mkNg3/6.728.1645.11 .728.10 .8645.1mKN，与拱背土压对应则：2R/91.17410955. 22-6 .7955.20.2146+75. 8+189.02=PmKN。（8） 荷载示意图图 1-2 圆环外围荷载示意图2 内力计算2.1 用荷载 - 结构法按均质圆环计算衬砌内力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: 表 2-1 截面 / 度内力垂直荷载水平荷载水平三角荷载地基抗力自重每米内力pe1+pw1qe1+qw1qe2+qw2-qe1-qw1qk=kg 800.71 719.09 104.35 14.82 10.50 0 M/KNm 1712.65 -1538.06 -93.00 -15.09 30.97 97.47 0 N/KN 0.00 2103.33 95.38 15.33 -5.12 2208.93 0 Q/KN 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8 M/KNm 1646.30 -1478.48 -90.28 -14.65 29.95 92.84 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 11 页 - - - - - - - - - 8 N/KN 45.36 2062.59 94.45 15.18 -4.47 2213.11 8 Q/KN -322.78 289.88 13.27 2.13 4.96 -12.54 40.5 M/KNm 267.92 -240.61 -27.18 -4.35 7.67 3.46 40.5 N/KN 987.85 1216.18 69.20 11.66 10.21 2295.10 40.5 Q/KN -1156.62 1038.72 59.10 9.95 19.83 -29.02 73 M/KNm -1419.85 1275.11 78.07 14.51 -25.51 -77.67 73 N/KN 2141.88 179.80 16.72 2.94 35.92 2377.25 73 Q/KN -654.84 588.08 54.68 9.61 16.34 13.87 90 M/KNm -1712.65 1538.06 111.60 19.18 -35.28 -79.08 90 N/KN 2342.08 0.00 0.00 0.00 48.24 2390.33 90 Q/KN 0.00 0.00 19.08 0.00 5.12 24.20 105.5 M/KNm -1468.03 1318.38 109.15 14.09 -33.74 -60.16 105.5 N/KN 2174.82 150.21 7.26 3.68 52.48 2388.45 105.5 Q/KN 603.13 -541.65 -26.17 -13.27 19.11 41.15 138 M/KNm 179.02 -160.77 -0.73 -3.57 1.24 15.18 138 N/KN 1048.63 1161.60 101.42 11.39 31.94 2354.98 138 Q/KN 1164.63 -1045.91 -91.32 10.26 34.67 72.33 159 M/KNm 1272.75 -1143.00 -91.38 -12.11 28.29 54.54 159 N/KN 300.79 1833.21 177.30 14.31 13.14 2338.74 159 Q/KN 783.58 -703.70 -68.06 5.49 23.61 40.92 180 M/KNm 1712.65 -1538.06 -130.20 -15.09 39.58 68.88 180 N/KN 0.00 2103.33 209.85 15.33 5.12 2333.62 180 Q/KN 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 内力（红色线条）分布图如下：M15.18 54.54 68.88 3.46 92.84 97.47 -77.67 -79.08 -60.16 图 2-1 弯矩分布图（ KNm）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 11 页 - - - - - - - - - 2354.98 2388.45 2390.33 2377.25 2208.93 2213.11 2295.10 2333.62 2338.74 N图 2-2 轴力分布图（受压KN）Q-29.02 -12.54 0.0013.87 24.20 41.15 72.33 图 2-3 剪力分布图（ KN）3 标准管片 (B)配筋计算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 11 页 - - - - - - - - - 3.1 截面及内力确定由上述内力计算， 取 80截面处内力进行内力计算。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：23792.86285120.350.1103.457.0EImKN而管片的内力：mKNMs69.12084.92)3.01()1(M; KNNs11.2213N3.2 环向钢筋计算假设为大偏心构件。mmNMss5711.221369.120e0取：1.1kmmaa50/; mmahkee7.18750175571.120采用对称配筋：WbxRN; )()2(/0/0ahRAxhbxRNeggW其中：1000mm=b; 2W23.1N/mm=R; 钢筋选用 HRB335钢，则2/g3 0 0 N / m m=R由此：1 .2310001033.23903x)50300(300)2300(1.2310007 .1871033.2390/3gAxx得：)16555.0()48.103()1002(0/mmhmmxmma确为大偏心。由此算出：0/gA取：2/6003001000%2 .0mmAAgg; 选配 4B14（A/g=615.75 mm2） 。3.3 环向弯矩平面承载力验算（按偏心受压验算）KNNs33.2390NmmbhbhAIi1011235012238.32101/)292518065(/)18065(/00000iRilc查混凝土结构基本原理表4-1，得轴心受压稳定系数：98.02/50.1231615.752mmAg%33 5 01 0 0 050.1231/取23500003501000mmANKNRAARggwcu36.8285)30050.12311.23350000(98.0)(N/;满足要求。3.4 箍筋计算根据混凝土结构基本原理，按照偏心受压构件进行计算。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 11 页 - - - - - - - - - KNV33.72剪跨比：0.31.11300292518065000hl故取0. 3。矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：csvyvtuNhsAfbhfV07.0175.100其中：ft混凝土抗拉强度（1.89N/mm2）fyv钢筋抗剪承载力（HPB235级， 210N/mm2）Nc轴向压力（要求Afc3.0）检验轴压力上限：KNNKNAfcc33.23905 .242535010001 .233 .03.0又由：KNVKNVcu33.7238.4151033.239007.0300100089.11375.13既不需要计算配箍， 按构造要求即可。根据混凝土结构基本原理中所述构造要求，选配四肢箍A8200 。4 基本使用阶段验算4.1 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：QRPGGKj/其中：G/隧道自重G拱背土压力P垂直荷载Rj井壁与土壤间摩擦力Q水浮力则：2.1510925.2925.2226.66772.28925.2275.82)(22211wccwecRRppGRgK（注：上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小，为计算简便，将摩擦力忽略不计）满足要求。4.2 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。在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 11 页 - - - - - - - - - ncAN其中：N螺栓预应力（同上，取280KN）An螺帽（或垫片）与混凝土接触净面积，取：22246.125184)31130(mmAn则：22/1 .23/4 .2246.12518280000mmNRmmNwc即需在螺帽下设置一定厚度的内径为31mm、外径为 130mm 的钢圆环垫片。4.3 管片裂缝验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即00截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。根据桥涵规范6.4.4 条：0)(0/bhhbbfff，1448.935.0925. 218065/000hl，取 s=1.0 ，mmahyss1255023502，182.36mm=125+10002208.9397.471.310sssyee，mm57.163300)36.182300(12.087.0)(1(12.087.02020/hehzsf，23/445.88=163.57615.75163.57)-(182.36102390.33)(mmNzAzeNsssss；再根据桥涵规范6.4.3 条：裂缝宽度：)1028.030(W321dECCCssstk，其中：C1钢筋表面形状系数（对带肋钢筋取1.0 ）C2作用长期影响系数（取1+0.5N1/Ns=1.5 ）C3与构件受力性质有关的系数（取0.9 ）配筋率（02.0006.0）则：mmmmtk2.039.0)006.01028.01430(100.2445.889.05 .10.1W5；不满足要求，需增加钢筋。经计算，钢筋改配为6B16 即可满足要求，验算过程如下：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 11 页 - - - - - - - - - 23/227.59=163.571206.37163.57)-(182.36102390.33)(mmNzAzeNsssss，则：mmmmtk2 .020.0)006.01028.01630(100.2227.599.05 .10.1W5满足要求。同理，对标准管片进行验算，也需增加配筋为6B16 。综上所述，衬砌管片的配筋量由裂缝要求控制。弯矩越小，裂缝越大？4.4 管片接缝张开验算管片拼装之际由于受到螺栓（8.8 级） ，在接缝上产生预应力：WeNFNc0111其中：N1螺栓预应力引起的轴向力（由钢结构基本原理取280KN）e0螺栓与重心轴偏心距（取25mm）F、W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：WMFNc222其中：N2、M2外荷载，由外荷载引起的内力F、W衬砌截面面积和截面距选取最不利接缝截面（80） ，计算如下：220111/457.035010001/6252800001000350280000mmNWeNFNc2263222/14. 335010001/61084.927.010003501011.2213mmNWMFNc均为压力，接缝不会张开。由此可得接缝变形量：lElcc21其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa ）l 涂料厚度（取5mm ）则：mmlmmlElcc372.35369.2457.021若用两只螺栓：mmlmmlElcc396.25369.22457.0221名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 11 页 - - - - - - - - - 即环向每米宽度内选用两只螺栓即可满足要求。4.5 纵向接缝强度验算近似地把螺栓看作受拉钢筋，由此进行强度验算。a 负弯矩接头（73 截面）：mkN37.540.7-77.67=M2 3 7 7. 2 5 k N=NmmNMe023.025.237737.540由：0XxwgbR=N+Nx100023.1=2800002+102377.253mmhmmx16555.01.1270为大偏心受压,则：55. 125.723102377.25127.1/2)-(350/2102377.25+127.1/2)-(3002800002)22()2(33000NexhNxhRAKgge满足要求。b 正弯矩接头（8 截面处）：m92.84kN=M2 2 1 3. 1 1 k N=NmmNMe042.011.221384.920由：0XxwgbR=N+Nx100023.1=2800002+102213.113mmhmmx16555.005.1200为大偏心受压,则：55. 106.281102377.25127.1/2)-(350/2102377.25+127.1/2)-(3002800002)22()2(33000NexhNxhRAKgge满足要求。5 构造说明（1）混凝土保护层厚度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 11 页 - - - - - - - - - 地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内测相对湿度较高。故受力钢筋保护层厚度最小厚度比地面机构增加510mm。本设计中c=40mm。（2）横向受力钢筋为便于施工，将横向钢筋与纵向分布钢筋制成焊网。外侧横向钢筋为一闭合钢筋圈，内侧钢筋则沿横向通常配置。（3）分布钢筋由于考虑混凝土的收缩、温差影响、不均匀沉降等因素的作用，必须配置一定数量的纵向分布钢筋。纵向分布钢筋的配筋率：顶、底板应大于0.15%，对侧墙应大于0.20%，则本设计的纵向分布钢筋：顶、底板（一侧） ：2mm4506001000%5.1021，配 B12250(As=452mm2) ；侧墙（一侧）：2mm6006001000%02.021，配 B14250(As=616mm2) ；中墙（一侧）：2mm4004001000%02.021，配 B12250(As=452mm2) 。（4）箍筋断面厚度足够，不用配置箍筋。（5）刚性节点构造框架转角处的节点构造应保证整体性，根据此处钢筋的布置原则，此点构造说明如下：a 沿斜托单独配置直线钢筋B12200 ；b 沿着框架转角处外侧的钢筋，其钢筋弯曲半径R=200mm1810=180mm ；c 为避免在转角部分的内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧钢筋无联系，是表面混凝土容易脱落，故在角部配置箍筋 B12100（6）锚固长度根据桥涵规范9.1.4 条规定，取 : 受压钢筋： la25d=2518=450mm ；受拉钢筋（直端） ： la30d=3018=540mm ，la30d=3012=360mm ；受拉钢筋（弯钩端） ：la25d=3018=450mm 。（7）端部钢筋弯起根据桥涵规范9.1.5 条，并考虑施工方便，端部钢筋弯起均取为50mm。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 11 页 - - - - - - - - -