《地下建筑结构设计》课程设计盾构管片设计.docx

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1、地下建筑结构设计课程设计题目： 盾构管片设计 院 部： 专 业：班 级：组员及学号：2016年 10月4日1盾构管片设计1.1 隧道功能该段隧道为城市地铁区间段。1.2 衬砌方式根据设计要求盾构管片类型为平面型。平面型管片的抗弯刚度和强度相对较大，且管片混凝土截面削弱小，对盾构推进装置的顶力具有较大的抵抗能力。故决定采用C50钢筋混凝土平面型管片，管片厚度的选择，取决于土质条件、覆盖土层的厚度、施工荷载状况、隧道的使用目的及管片施工条件等多种因素。本工程的管片厚度选择为300mm，管片形心半径为（2350+100*5）mm，管片的每环长度为1000mm。但是对管片是否能承受荷载，还需要进行管片

2、内力的计算。由于错缝拼装可使接缝均匀分布，提高管片的整体刚度，减少接缝及衬砌圆环的变形。考虑本工程盾构区段对地面沉降要求较高及其它工程条件，故决定采用错缝拼接方式。 管片类型：平面型；管片外直径：D=6000mm；管片形心半径：；管片宽度：B=1000mm；管片厚度：t=300mm；管片截面面积：A=300x1000=3000(cm)；管片单位重度：；管片的弹性模量：；管片截面惯性矩：；1.4 场地条件土层条件：粘性土；土的单位重度：；土的单位浮重度：；土的内摩擦角：；土的黏聚力：；土的侧压力系数： ；超载： ； 上部土层厚度： +0.5*8=10m；潜水位：地下水位埋深为3m；Hw=10-3

3、=7m 地基土的反力系数；水的单位重度；1.5 构件容许应力混凝土标准强度：； 混凝土允许抗压强度：；混凝土抗弯刚度有效系数：=1.0；钢筋与混凝土弹性模量比：；混凝土弯矩增大率：=0.0；钢筋（SD35）允许强度：；螺栓允许强度：；1.6 盾构千斤顶盾构千斤顶轴推力：片。一个盾构千斤顶的中心推力与衬砌管片中心偏心距：；相邻两个千斤顶的距离：；盾构千斤顶顶管片数量：10片。在校对管片衬砌抵抗盾构千斤顶轴推力的安全性时，常采用允许应力提高到上面所提到应力的165%。因为管片衬砌作为一个临时结构能够被求出数值。1.7 设计方法盾构隧道的设计主要根据设计规范，校核内力采用弹性方程法，弹性方程内力公式

4、，校核衬砌安全性采用允许应力设计法。2 荷载计算因为土是粘性土，所以土压力和水压力合算。在隧道拱部的垂直土压力用太沙基公式计算： 静荷载：静荷载底部反作用力：隧道拱部的垂直压力： 土压： 隧道底部的垂直压力：隧道拱部的侧压（作用在隧道形心半径处）： 土压： 隧道底部的侧压（作用在隧道形心半径处）： 土压： 不考虑静荷载作用的地基反作用力位移： 地基的反作用力：3. 内力计算荷载弯矩轴力剪力垂直方向均载P1侧向均载q1侧向三角形变化荷载侧向地基反作用力 /23/4（-0.3487+0.5S2-0.2357C3）k 3/4(0.2346+0.3536C)k/23/4(-0.7071C+C2-0.7

5、071S2C)k 3/4/23/4(SC+0.7071C2S)k 3/4静荷载弹簧的侧向位移拱角；根据表中的计算公式，计算出的衬砌管片的内力如图所示总弯矩（KN/m）总轴力（KN/m）总剪力（KN/m）01020304050607080901001101201301401501601701804. 配筋计算 由上表可见，当=0时，弯矩取最大值。 （1）将管片视为一平面板，板的长度l。=Rc=3.14*2.85=8945mm;宽度B=1000mm；高h=300mm；由于管片收到相反方向的弯矩。且数值相差不大，因此采用对称配筋。 受压区相对高度 X=N/.fc.b=544.64*10/1*2.3*

6、1000=23.582s=70mm 按对称配筋计算 Eo=M/N=139mm Ea=1000/30=33mm则Ei=Eo+Ea=139+33=172mm ；取则： 按大偏心受压情况计算：mm X=N/1.fc.bf=70mm 1806mm2取， mm2；演算：由，得则kNkN满足要求(2)验证弯矩配筋所能承受的最大弯矩按单筋计算同时，满足适用条件 kNmkNm安全。150mm35mm265mm35mm9161000mm5. 验算衬砌管片的安全性演算截面A，截面B，连续部分和盾构千斤顶的推力，看衬砌管片是否安全。(1)截面A和截面B安全性校核计算原理：利用材料力学中的均质材料受弯的方法进行叠加计

7、算，但由于钢筋混凝土是非均质材料，因此计算管片截面积应把钢筋等效成混凝土进行计算，同理，管片截面惯性矩也应适用等效后的截面积，计算公式如下：m2等效后的管片截面面积，m2；管片实际截面面积，m2； mm4 截面A承受正弯矩和轴力kNmkN等效截面积：m2 mm2混凝土的最大压应力：MN/m2MN/m2混凝土的最大拉应力：MN/m2由图3-3的几何关系可得钢筋应力：外内cm截面A管片衬砌临界断面应力分布截面A满足强度要求。根据三角形形似计算，从而求出。cm cmMN/m2 cm MN/m25.2 截面B承受负弯矩和轴向力外内cm截面B管片衬砌临界断面应力分布kNm kNm混凝土的最大压应力：MN

8、/m2MN/m2MN/m2全部满足要求，截面A、B均安全。 检查断面A、B安全性的计算结果截面A截面B抗压强度抗压强度抗拉强度抗拉强度5.2 验算剪力（最大剪力截面）根据式其中，Q-最大剪应力。-KN/m b-矩形断面为全宽度，T形断面为腹板宽度，1000mm-混凝土的允许剪应力。 其他参数意义相同=-225Kpa 剪力满足设计要求。5.3 连接缝的验算连接抵抗弯矩应该不小于管片自身抵抗弯矩的60%。5.3.1 管自身抵抗弯矩当内力,受压区峰值纤维与中和轴线的距离(受压区高度)mm当受压区峰值纤维压力达到MN/m2时挂念自身抵抗弯矩，MN/m2是混凝土的最大抗压强度： (kNm/环)当钢筋应力

9、达到200MN/m2时管片自身的抵抗弯矩，其中200MN/m2是钢筋的允许的最大抗拉强度： (MN/环)(kNm/环)5.3.2 连接缝的抵抗弯矩管片连接断面螺栓分布：x当内力N=0时，受压区峰值纤维与中和轴的距离(受压区高度)：cm；当受压区峰值纤维压力达到MN/m2时连续缝的抵抗弯矩，MN/m2时混凝土允许的最大抗压强度： kN/m2当钢筋应力达到240MN/m2时连接缝的抵抗弯矩，其中240MN/m2是螺栓允许应力： kN/m2kN/m2b=1000mmd=35mm3M24d=265mm 管片连接断面5.3.3 演算千斤顶的推力是否符合要求e=10mmmm千斤顶t=3000mm 管片和盾构千斤顶推力 一个盾构千斤顶的中心推力与衬砌管片中心偏心距，e=1.0cm； 每个千斤顶的推力，P=1000kN； 相邻两个千斤顶的距离，=10cm； 混凝土管片最大抗压强度，； 盾构千斤顶数量，10片；t 管片厚度，t=30cm；B 定位板中心弧长，m；A 作用在衬砌管片上一个千斤顶推力机的接触面积，m2m4 混凝土的最大压应力 MN/m2MN/m2结论：衬砌管片初拟条件设计承载值相对设计负荷值是安全的。