人行地道结构计算书

一、工程概况此地道为人行地道，该地通道地道下穿蟠龙正街接到A匝道人行道上，中心处桩号为盘龙正街道路K0+260，地道全长25.05m，位于直线上。地道纵、横坡均满足道路总体布置。二、设计技术标准及主要结构尺寸1 技术标准（1）、地道净宽度：人行地道主通道净宽4.0m，净高2.7m。（2）、设计荷载： 汽车：公路-级人群：4.0kN/m2填土：20kN/m3（3）、地震设防烈度：度（4）、纵坡、横坡：满足道路设计要求。2 结构参数： 地通道主通道结构形式地道进出口采用开口框架形式，闭合框架高度为4.6m,顶板厚度为50cm，侧墙厚度为50cm。地道进出口截面形式三、设计采用的技术标准、规范（1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）（2）城市人行天桥与人行地道技术规范(CJJ 69-95)（3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG 062-2004）（4）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）（5）公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2011）（6）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）四、主要材料1、混凝土采用C30防水混凝土，掺入水泥用量8%的GNA防水微膨胀剂。C30混凝土：轴心抗压设计强度fcd13.8 MPa，轴心抗拉设计强度ftd1.39 MPa，轴心抗压强度标准值fck20.1MPa，轴心抗拉强度标准值ftk2.01 MPa，混凝土立方体抗压强度标准值fcu,k30MPa，弹性模量Ec=3104 MPa。抗渗等级要求：S6。2、普通钢筋设计采用钢筋为HPB300钢筋（公称直径小于12mm的钢筋）、HRB435钢筋（公称直径大于等于12mm的钢筋）二种，直径16mm的钢筋采用剥肋滚轧直螺纹级连接，连接区段内的接头率不大于50%，并满足规范（DB50/5027-2004）要求。五、地道框架受力分析及截面计算1 计算方法计算采用软件MIDAS CIVIL2013，自编程序Math Cad。地道框架结构需承受周边土压力、顶部覆土压力、车行荷载、人群荷载。计算以垂直于纵向的1延米横截面作为平面刚架进行结构计算，以控制地道框架的配筋。2 计算荷载（1） 结构自重由程序自动加载。（2） 框架侧面土压力：q =K0H1m= K020H=20K0H（kN/m）其中: K0为土的侧压力系数，按静止土压力考虑K0=0.5。为填土的容重, =20.0kN/m3；H为计算截面距离地面的高度。（3） 框架顶部覆土压力： q =H1m=20H（kN/m）（H为顶板距离地面的高度.）（4） 车荷载、人群荷载：偏于安全地简化成1m厚等代土荷载。3 内力组合按照承载能力极限状态设计时，荷载组合及土侧压力荷载安全系数按公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）进行组合为: Sud=1.2SGd+1.4SQd。按照正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：（1）作用短期效应组合: Ssd=SGk+0.7SQk。（2）作用长期效应组合: Sld=SGk+0.4SQk。4 荷载组合结果 6（2）主通道（取最大覆土厚度1.5m计算）：恒载作用下计算模型（单位：kN/m）活载作用下计算模型（单位：kN/m）承载能力极限状态荷载组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN） 正常使用极限状态短期组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN） 正常使用极限状态长期组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN） （3）进出口闭合框架段（取最大覆土厚度1.5m计算）：恒载作用下计算模型（单位：kN/m）活载作用下计算模型（单位：kN/m）承载能力极限状态荷载组合 弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）正常使用极限状态短期组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）正常使用极限状态长期组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）（4）进出口开口框架结构（取最大侧面覆土厚度4.05m计算）：恒载作用下计算模型（单位：kN/m）活载作用下计算模型（单位：kN/m）承载能力极限状态荷载组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）正常使用极限状态短期组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）正常使用极限状态长期组合弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）（5）主通道与进出口连接端部（采用空间模型）恒载作用下计算模型（单位：kN/m）活载作用下计算模型（单位：kN/m） 载能力极限状态荷载组合a 暗梁弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）b 暗柱弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）c 顶板弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）正常使用极限状态短期组合a 暗梁弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）b 暗柱弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）c 顶板弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）正常使用极限状态长期组合a 暗梁弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）b 暗柱弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）c 顶板弯矩图（单位：kNm）剪力图（单位：kN）5验算结果（1） 人行地道主通道开口框架正截面抗弯承载能力验算a顶板跨中截面正截面抗弯承载能力验算b 顶板支点截面正截面抗弯承载能力验算c侧墙截面正截面抗弯承载能力验算斜截面抗剪能力验算a 顶板斜截面抗剪能力验算b侧板斜截面抗剪能力验算正常使用极限状态下截面裂缝宽度验算：a 顶板跨中截面正常使用状态下截面最大裂缝宽度验算 b侧墙截面正常使用状态下截面最大裂缝宽度验算 （2） 人行地道进出口闭合框架段正截面抗弯承载能力验算a顶板跨中截面正截面抗弯承载能力验算b侧墙支点截面正截面抗弯承载能力验算d 底板正截面抗弯承载能力验算斜截面抗剪能力验算a 顶板斜截面抗剪能力验算b侧墙斜截面抗剪能力验算c 底板斜截面抗剪能力验算正常使用极限状态下截面裂缝宽度验算：a底板跨中截面正常使用状态下截面最大裂缝宽度验算b 顶板跨中截面正常使用状态下截面最大裂缝宽度验算 （4）人行地道进出口U形框架正截面抗弯承载能力验算底板正截面抗弯承载能力验算斜截面抗剪能力验算侧板斜截面抗剪承载力验算正常使用极限状态下截面裂缝宽度验算：底板截面正常使用状态下截面最大裂缝宽度验算（5 ）端部暗梁 正截面抗弯承载能力验算 裂缝宽度验算（6）端部暗柱正截面抗压承载能力验算 裂缝宽度验算（7）端部顶板正截面抗弯承载力验算裂缝宽度验算6 主通道变形验算开口框架段位移（单位：mm）由上计算结果知，顶板跨中最大挠度为0.6mmL/1600=5000/1600=3.2mm，满足规范要求。7地基承载力验算（1） 人行地道主通道承载能力极限状态荷载组合地基支反力图（单位：kN）人行地道侧墙处的支反力为284.3kN，采用侧墙1延米长地道截面验算地基承载力，基底面积为1m2。基底反力=284.3/1=284.3kPa 1.300 地基土摩擦系数 = 0.500 地基土层水平向: 滑移力= 34.762(kN) 抗滑力= 45.714(kN) 地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 = 1.315 1.300(二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 0.850 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 1.519 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 0.659 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 22.923(kN-m) 抗倾覆力矩= 90.748(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 3.959 1.500(三) 地基应力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距 作用于基础底的总竖向力 = 90.513(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=67.825(kN-m) 基础底面宽度 B = 1.868 (m) 偏心距 e = 0.184(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 0.749(m) 基底压应力: 趾部=77.187 踵部=19.742(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 77.187 / 19.742 = 3.910 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.184 = 0.250*1.868 = 0.467(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=77.187 = 540.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=19.742 = 585.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=48.464 = 450.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为天然地基，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 2.380(m2) 重量 = 54.740 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 0.814 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 1.519 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 0.659 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 80.736(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=61.140(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.757(m) 截面宽度 B = 1.750 (m) 偏心距 e1 = 0.118(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.118 = 0.300*1.750 = 0.525(m) 截面上压应力: 面坡=64.755 背坡=27.515(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 64.755 = 2100.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -3.203 = 110.000(kPa)(六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 1.400(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 26.840(度) Ea=21.216 Ex=16.990 Ey=12.706(kN) 作用点高度 Zy=0.604(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在 墙身截面积 = 1.393(m2) 重量 = 32.039 kN 强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 1.393(m2) 重量 = 32.039 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 0.508 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 1.029 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 0.604 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 44.745(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=19.070(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 0.426(m) 截面宽度 B = 1.240 (m) 偏心距 e1 = 0.194(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.194 = 0.300*1.240 = 0.372(m) 截面上压应力: 面坡=69.922 背坡=2.247(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 69.922 = 2100.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -4.340 1.300 安全系数最不利为：组合1(一般情况) 抗滑力 = 45.257(kN),滑移力 = 21.574(kN)。 地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 = 1.315 1.300(二) 倾覆验算 安全系数最不利为：组合1(一般情况) 抗倾覆力矩 = 90.748(kN-M),倾覆力矩 = 22.923(kN-m)。 倾覆验算满足: K0 = 3.959 1.500(三) 地基验算 作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.184 = 0.250*1.868 = 0.467(m) 墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=77.187 = 540.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(一般情况) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=19.742 = 585.000(kPa)地基平均承载力验算最不利为：组合1(一般情况) 地基平均承载力验算满足: 压应力=48.464 = 450.000(kPa)(四) 基础验算不做强度计算。(五) 墙底截面强度验算容许应力法: 截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.118 = 0.300*1.750 = 0.525(m) 压应力验算最不利为：组合1(一般情况) 压应力验算满足: 计算值= 64.755 = 2100.000(kPa) 拉应力验算最不利为：组合1(一般情况) 拉应力验算满足: 计算值= 0.000 = 150.000(kPa) 剪应力验算最不利为：组合1(一般情况) 剪应力验算满足: 计算值= -3.203 = 110.000(kPa)(六) 台顶截面强度验算容许应力法: 截面上偏心距验算最不利为：组合1(一般情况) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.194 = 0.300*1.240 = 0.372(m) 压应力验算最不利为：组合1(一般情况) 压应力验算满足: 计算值= 69.922 = 2100.000(kPa) 拉应力验算最不利为：组合1(一般情况) 拉应力验算满足: 计算值= 0.000 = 150.000(kPa) 剪应力验算最不利为：组合1(一般情况) 剪应力验算满足: 计算值= -4.340 1.300 地基土摩擦系数 = 0.500 地基土层水平向: 滑移力= 252.377(kN) 抗滑力= 383.722(kN) 地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 = 1.520 1.300(二) 倾覆稳定性验算 相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.109 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 3.874 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 2.169 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩= 547.526(kN-m) 抗倾覆力矩= 1930.408(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 3.526 1.500(三) 地基应力及偏心距验算 基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力 取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距 作用于基础底的总竖向力 = 756.263(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1382.882(kN-m) 基础底面宽度 B = 5.259 (m) 偏心距 e = 0.801(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.829(m) 基底压应力: 趾部=275.210 踵部=12.383(kPa) 最大应力与最小应力之比 = 275.210 / 12.383 = 22.224 作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.801 = 0.250*5.259 = 1.315(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=275.210 = 540.000(kPa) 墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=12.383 = 585.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=143.797 = 450.000(kPa)(四) 基础强度验算 基础为天然地基，不作强度验算(五) 墙底截面强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 19.925(m2) 重量 = 458.275 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.992 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 3.874 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 2.169 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 683.354(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=1237.096(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.810(m) 截面宽度 B = 4.850 (m) 偏心距 e1 = 0.615(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.615 = 0.300*4.850 = 1.455(m) 截面上压应力: 面坡=248.039 背坡=33.757(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 248.039 = 2100.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -4.323 = 110.000(kPa)(六) 台顶截面强度验算 土压力计算 计算高度为 6.000(m)处的库仑主动土压力 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 19.800(度) Ea=215.677 Ex=160.963 Ey=143.553(kN) 作用点高度 Zy=2.367(m) 因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在 墙身截面积 = 15.300(m2) 重量 = 351.900 kN 强度验算 验算截面以上，墙身截面积 = 15.300(m2) 重量 = 351.900 kN 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.394 (m) 相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 2.835 (m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 2.367 (m)容许应力法: 法向应力检算: 作用于验算截面的总竖向力 = 495.453(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=516.636(kN-m) 相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.043(m) 截面宽度 B = 3.900 (m) 偏心距 e1 = 0.907(m) 截面上偏心距验算满足: e1= 0.907 = 0.300*3.900 = 1.170(m) 截面上压应力: 面坡=304.356 背坡=-50.277(kPa) 压应力验算满足: 计算值= 304.356 = 2100.000(kPa) 拉应力验算满足: 计算值= 50.277 = 150.000(kPa) 切向应力检算: 剪应力验算满足: 计算值= -9.543 1.300 安全系数最不利为：组合1(一般情况) 抗滑力 = 378.132(kN),滑移力 = 141.761(kN)。 地基土层水平向: 滑移验算满足: Kc2 = 1.520 1.300(二) 倾覆验算 安全系数最不利为：组合1(一般情况) 抗倾覆力矩 = 1930.408(kN-M),倾覆力矩 = 547.526(kN-m)。 倾覆验算满足: K0 = 3.526 1.500(三) 地基验算 作用于基底的合力偏心距验