理正岩土6.0隧道衬砌说明

第一章 功能概述 理正岩土隧道衬砌计算软件采用衬砌的边值问题及数值解法 将衬砌结构的计算化为 非线性常微分方程组的边值问题 采用初参数数值解法 并结合水工隧洞的洞型和荷载特 点 以计算水工隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力 位移及抗力分布 无须假 定衬砌上的抗力分布 由程序经迭代计算自动得出 一 衬砌断面类型 一 衬砌断面类型 圆形 拱形 圆拱直墙形 圆拱直墙形 无底板 圆拱直墙形 底圆角 马蹄形 马蹄形 平底 马蹄形 开口 高壁拱 渐变段 矩形 圆拱直墙形 底拱 直墙三心圆拱形 三心圆拱形 地铁 二 支座类型二 支座类型 固定 简支 弹性 三 荷载情况三 荷载情况 围岩压力 自重 灌浆压力 外水压力 内水压力 四 输出的结果四 输出的结果 计算书及图形结果 轴力图 剪力图 弯矩图 变形图 切向位移图 法向位移图 转角位移图 抗力分布图等 第二章 快速操作指南 2 1 操作流程 水工隧洞衬砌分析软件的操作流程如图 2 1 1 每一步骤都有相对应的菜单操作 图 2 1 1 操作流程 2 2 快速操作指南 2 2 1 选择工作路径 设置工作路径 既可以调入已有的工作目录 也可在输入框中键入新的工作目录 后 面操作中生成的所有文件 包括工程数据及计算书等 均保存在设置的工作目录下 图 2 2 1 指定工作路径 注意 注意 此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径 进入某一计算模块后 还可 以通过按钮 选工程 重新指定此模块的工作路径 2 2 2 增加计算项目 点击 工程操作 菜单中的 增加项目 菜单或 增 按钮来新增一个计算项目 图 2 2 2 工程操作界面 2 2 3 编辑原始数据 图 2 2 3 数据交互对话框 注意 注意 1 集中的参数交互界面 即把几乎所有的参数置于一个界面上 操作简单 大大提高 了人机交互的效率 这是理正岩土系列软件的一个共性特征 2 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息 方便用户理解参数的意义 2 2 4 当前项目计算 在数据交互对话框中设置好各项参数 点击 计算 按钮来进行当前题目的计算 或 者单击 辅助功能 菜单的 计算 2 2 5 计算结果查询 图 2 2 4 计算结果查询界面 计算结果查询界面分为左右两个窗口 左侧窗口用于查询图形结果 右侧窗口用于查 询文字结果 第三章 操作说明 3 1 关于计算例题的编辑 3 1 1 增加例题与删除当前例题 1 通过 工程操作 菜单的 增加项目 和 删除当前项目 来增加一个新的例题或 删除当前的例题 2 增 或 删 按钮增加一个新的例题或删除当前的例题 点击 算 按钮打开当 前模块的交互界面 3 1 2 数据的读写 通过 辅助功能 菜单的 读入数据文件 可以将原来保存好的数据读进来进行计算 通过 辅助功能 菜单的 数据存盘到文件 可以将当前例题的数据保存在磁盘上 3 1 3 把典型例题加入例题模板库 实际工程中会有一些具有一般代表性的典型例题 当完成该例题的数据交互后 可通 过 辅助功能 菜单中的 将此例题加入模板库 把该例题存为例题模板 从而在每次新 增例题时可以重复调用该例题的数据 在此基础上修改少量的数据进行计算 3 2 计算简图辅助操作菜单 在数据交互界面的左侧图形窗口单击鼠标右键 弹出图形显示快捷菜单 使用该菜单 可有效的查看计算简图 可把计算简图存为 DXF 格式的文件 用 AUTOCAD 等图形编辑 器进行编辑 3 3 围岩压力操作说明 本软件可以估算围岩压力的值 供用户参考 在荷载荷载界面点击估算围岩压力估算围岩压力按钮 可 以进入围岩压力 这个界面由 计算公式及参数 和 计算结果 两部分组成 图 3 3 1 计算公式及参数界面 图 3 3 2 计算结果界面 注意注意 顶部围岩压力 中 通过垂直公式计算出来的 而顶部围岩压力 左 顶部 围岩压力 右 顶部围岩压力 侧 是顶部围岩压力 中 分别乘于垂直压力左中比值 垂直压力右中比值 垂直压力侧中比值而得来的值 3 4 快速查询图形结果 3 4 1 选择输出图形结果 可以同时输出计算简图 轴力图 剪力图 弯矩图 变形图 切向位移图 法向位移 图 转角位移图 抗力分布图 也可以选择单个图形输出 通过在输出选项列表中选择相 应的选项来输出对应的图形结果 图 3 4 1 计算结果简图 3 4 2 通过辅助功能菜单查看图形结果 单击 辅助功能 菜单中的 查看计算图形结果 项 可查看当前例题的图形结果 图 3 4 2 查询计算结果简图 3 4 3 图形查询辅助工具 1 图形查询工具栏 图形查询工具栏 2 图形查询快捷菜单 图形查询快捷菜单 在图形结果查询窗口单击鼠标右键 弹出图形查询快捷菜单 可以方便地查看图形 3 图形查询图形查询 菜单菜单 3 5 计算书的编辑修改 文字结果输出较为完整的计算书 主要包括以下信息 计算项目名称 计算简图 计算条件 录入的各种原始参数 计算结论 轴力 剪力 弯矩 切向位移 法向位移 转角 抗力 配筋 裂缝 内力和位移图形 中间计算结果 当选择输出中间结果时 可以输出抗力假设验证的过程 程序抗 力验证的过程 首先假定各点没有围岩抗力的作用 即位移指向正法向 用 0 表示 当 某一点计算出的位移方向与假定的抗力分布不一致时 重新假定该点为有抗力作用 用 1 表示 继续计算 反复假定抗力作用情况 直到假定与计算的结果一致 文字结果可以使用文字编辑菜单进行编辑 也可以用其它文本编辑器进行编辑 3 6 衬砌标准断面 软件提供了 14 种标准断面类型可供选择 圆形 拱形 圆拱直墙形 圆拱直墙形 无 底板 圆拱直墙形 底圆角 马蹄形 马蹄形 平底 马蹄形 开口 高壁拱 渐变段 矩形 圆拱直墙形 底拱 直墙三心圆拱形 三心圆拱形 地铁 对于有支 座的衬砌类型 既可以计算对称结构衬砌 也可以计算非对称结构衬砌 3 7 几个参数的说明 计算分段数计算分段数 即在计算时划分的单元数量 该参数影响计算的精度 一般可以先取 10 20 之间的一个数进行计算 查看计算结果的合理性 结果不满意可考虑增加该值重新 计算 计算迭代次数计算迭代次数 指程序计算时迭代次数的上限值 一般情况下 只需迭代 5 10 次 即可满足计算要求 抗力验证要求抗力验证要求 该参数影响抗力验证 选择 高 时验证较多的点数 选择 低 时验证较少的点数 输出中间计算结果输出中间计算结果 可选择是否输出中间计算结果 即输出抗力 位移验证的过程 注意 注意 1 当采用不同的计算分段数计算分段数两次计算的结果非常接近时 可认为此时的解是合理的解 2 当程序计算过程中已经满足计算要求时 迭代次数即使未达到该值也会自动停止迭 代 而迭代次数达到该值但仍未满足计算要求时 程序也会停止计算 这时会提示计算不 成功 请考虑增加计算迭代次数计算迭代次数后重新计算 3 程序是根据计算分段数计算分段数划分单元 依次对逐个单元进行围岩抗力和对应位移的验证 当抗力验证要求选择 低 时 仅对每个单元的起点进行验证 当抗力验证要求选择 高 时 对 每个单元的起点和中点都进行验证 因此该选项也有可能影响计算结果的收敛 详见技术 条件部分 3 8 关于计算结果 1 结果的可靠性 结果的可靠性 本程序部分例题与 水工设计手册 基础理论 水利电力出版社 的杆件结构内力 分析的解析解比较对照 结果一致 90 度拱仅在灌浆压力作用下与相同条件下理正平面刚桁架计算软件进行对照 结 果吻合 2 计算不收敛的可能原因 计算不收敛的可能原因 交互的计算迭代次数不够 截面刚度太弱 截面尺寸或弹性模量过小 参数之间的数量级相差太大 由于导致计算不成功的可能原因并不唯一 因此需要用户认真检查交互的参数 分析 不成功的原因 修改相应的参数 重新计算 3 9 关于数据和结果文件 数据和结果文件位于用户设定好的工作目录下 数据文件格式为 CHQ 图形文件格 式 DXF 计算书格式为 RTF 第四章 编制原理 本软件采用衬砌的边值问题及数值解法 参见 水工隧洞设计规范 试行 SD134 84 附录七 隧洞衬砌计算通用程序 将衬砌结构的计算简化非线性常微分方 程组的边值问题 采用初参数数值解法 并结合水工隧洞的洞型和荷载特点 以计算水工 隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力 位移及抗力分布 无须假定衬砌上的抗力 分布 由程序经迭代计算自动得出 编制依据 编制依据 水工隧洞设计规范 SL279 2002 水工建筑物 第三版 中国水利水电出版社 1997 年 5 月第三版 混凝土结构设计规范 GB 50010 2010 水工混凝土结构设计规范 SL 191 2008 水工隧洞设计规范 SL279 2002 水工隧洞设计规范 DL T5195 2004 铁路隧道设计规范 TB10003 2005 公路隧道设计规范 JTG D70 2004 水工建筑物抗震设计规范 SL203 97 4 1 坐标系统 由于水工隧洞衬砌的特点 本系统采用的坐标系是随衬砌形状不断变化的局部坐标系 即衬砌任一点的法向和切向构成的坐标系 4 2 荷载类型 作用于衬砌上的各种荷载主要有 围岩压力 内水压力 外水压力 自重和灌浆压力 一般来说 程序是分别把形状连续的衬砌段作为一个结构段 圆形衬砌为顶拱和底拱两部 分 划分为若干微段 然后分析每个微段上受的荷载 把作用于该微段的荷载转换成作用 于该点的切向荷载 qr 和法向荷载 qn qn 以指向内法向为正 qr 以面向外法向向左为正 4 2 1 衬砌自重 1 直线衬砌 直线衬砌 图 4 2 1 转化示意图 直线衬砌 2 弧线衬砌 弧线衬砌 图 4 2 2 转化示意图 弧线衬砌 4 2 2 水压力 无论是内水压力还是外水压力其大小沿水位高度呈三角形分布 程序交互的内水压力 水头和外水压力水头相对于同一水头零点 即衬砌底部轴线标高 对于衬砌上任一点的水 压力方向为该点的法向 外水压力指向内法向 内水压力指向外法向 图 4 2 3 左 外水压力 右 内水压力 内水压力 4 2 2 1 外水压力 4 2 2 2 式中 Pw in 内水压力 kN m Pw out 外水压力 kN m Hin 内水压力水头 m 由用户交互 Hout 外水压力水头 m 由用户交互 w 水的容重 程序中取 10kN m3 B 单位长度 1m 外水压力折减系数 由用户交互 4 2 3 灌浆压力 灌浆压力法向作用于衬砌的外表面 程序可以分别交互顶拱 板 的灌浆压力 Pd 或其 它部分的灌浆压力 Pb 图 4 2 4 灌浆压力 4 2 4 围岩压力 程序可以考虑上下左右 4 个方向的围岩压力如图 4 2 5 图 4 2 5 围岩压力 4 2 4 1 在任一位置围岩压力值Qx 围岩压力分布形状上有 3 种 均布荷载 梯形荷载 三角形荷载 1 均布荷载均布荷载 如图 4 2 5 的顶部围岩压力和底部围岩压力为均布荷载 设均布荷载值为 Q 则其在作 用范围内任一点的大小均为均布荷载值 Q 即 4 2 4 1 2 梯形荷载梯形荷载 如图 4 2 5 的侧向围岩压力为梯形荷载 假设梯形分布荷载两端部的值为 Q1 Q2 则 在其作用范围内任一点的值可通过线性内插求得 即 Qx是 Q1 Q2 x 的函数 4 2 4 2 3 三角形荷载三角形荷载 三角形荷载在任一位置的围岩压力值 Qx也通过线性内插求得 只是式 4 2 4 2 中 Q1 Q2其中之一为 0 4 2 4 2 衬砌上任一点实际承受的围岩压力qx 1 直线衬砌上任一点实际承受的围岩压力 qx 如图 4 2 5 所示衬砌的直墙部分 4 2 4 3 2 弧线衬砌上任一点实际承受的围岩压力 qx 如图 4 2 6 以半圆拱为例 按照荷载等效的原则求得弧段上任意一点实际承受的围岩 压力为 4 2 4 4 式中 Qx 任一位置围岩压力值 Qx kN m 由式 4 2 4 1 或式 4 2 4 2 求得 qx 衬砌上任一点实际承受的围岩压力 kN m 计算点与顶点之间包含的圆心角 度 图 4 2 6 围岩压力 4 2 4 3 衬砌上任一点实际承受的围岩压力qx在切向和法向的分力 4 2 4 5 4 2 4 6 式中 qx 衬砌上任一点实际承受的围岩压力 kN m 计算点与顶点之间包含的圆心角 度 qx 衬砌上任一点实际承受的围岩压力 qx在切向的分力 kN m qxn 衬砌上任一点实际承受的围岩压力 qx在法向的分力 kN m 注意 注意 要灵活理解角度 的位置 对不同方向的围岩压力或不同的弧段位置 的起 始位置是不同的 图 4 2 7 位置示意图 4 2 4 4 围岩压力估算 用户可以在主界面上直接输入围岩压力的各个值 同时也可以采用程序提供的 估算 围岩压力 计算器来计算围岩压力各个值 具体方法如下 4 2 4 4 1 水利行业 洞室深埋 薄层状及碎裂散体结构的围岩 作用在衬砌上的水平方向和垂直方向的围 岩压力按下式计算 4 2 4 7 4 2 4 8 式中 qh qv 分别为水平和垂直围岩压力强度 kN m2 B H 分别为洞室开挖的宽度和高度 m 围岩容重 kN m3 注意 注意 程序输出的围岩压力计算结果是每延米宽度内的围岩压力值 其他各个行业及 计算方法计算结果也是每延米宽度内的围岩压力值 4 2 4 4 2 电力行业 参见 4 2 4 4 1 4 2 4 4 3 铁路行业 1 深埋深埋 a 计算单线深埋隧道衬砌时 围岩压力按松散压力考虑 其垂直均布压力可按下列规 定确定 4 2 4 9 4 2 4 10 式中 qv 垂直均布压力 kN m2 围岩重度 kN m3 h 计算围岩高度 m 为中间计算结果 用户可修改 S 围岩级别 如 II 级围岩即 S 2 b 计算深埋衬砌隧道时 围岩压力按松散压力考虑 其垂直均布压力可按下列规定确 定 4 2 4 11 4 2 4 12 式中 qv 垂直均布压力 kN m2 围岩重度 kN m3 h 计算围岩高度 m 中间计算结果 用户可修改 S 围岩级别 如 II 级围岩即 S 2 宽度影响系数 1 i B 5 B 洞室开挖宽度 m i 为 B 每增加 1m 时的围岩压力增减率 B5m 时 取 i 0 1 c 上述两种情况的水平均布压力可按表 4 2 4 1 确定 围岩水平均布压力围岩水平均布压力表表 4 2 4 1 围岩级别I IIIIIIVVVI 水平均布压力0 0 15qv 0 15 0 3 qv 0 3 0 5 qv 0 5 1 qv 注意 注意 式 4 2 4 9 和表 4 2 4 1 适用如下条件 1 不产生显著偏压力及膨胀力的一般围岩 2 采用钻爆法施工的隧道 2 浅埋 浅埋 地面基本水平的浅埋隧道 所受的作用 荷载 具有对称性 其计算方法如下 垂直均布压力作用标准值 4 2 4 13 4 2 4 14 4 2 4 15 式中 围岩重度 kN m3 h 洞顶距地面高度 m B 洞室开挖宽度 m 顶板土柱两侧摩擦角 0 为经验数值 当无实测资料时 可参考表 4 2 4 2 侧压力系数 中间计算结果 用户可修改 c 围岩计算摩擦角 0 产生最大推力时的破裂角 0 摩擦角摩擦角 取值取值 表表 4 2 4 2 围岩级别I IIIIVVVI 值 0 9 c 0 7 0 9 c 0 5 0 7 c 0 3 0 5 c 水平侧压力标准值按式 4 2 4 16 计算 4 2 4 16 式中 qh 为结构高度范围内 任一点 的水平侧压力标准值 hi 为结构高度范围内 任一点 离地面的高度 m 侧压力系数 注意 注意 1 当 h2 5ha 时 式 4 2 4 16 不适用 4 2 4 4 4 公路行业 1 深埋深埋 垂直均布压力可按下列规定确定 4 2 4 11 4 2 4 12 式中 qv 垂直均布压力 kN m2 围岩重度 kN m3 h 岩石容重 m 中间计算结果 用户可修改 S 围岩级别 4 2 4 11 公式中的围岩等级只能取 IV VI 级 I III 级围岩压力 按变形压力而不按松动压力计算 宽度影响系数 1 i B 5 B 洞室开挖宽度 m i 为 B 每增加 1m 时的围岩压力增减率 B5m 时 取 i 0 1 水平均布压力按表 4 2 4 3 确定 围岩水平均布压力围岩水平均布压力 表表 4 2 4 3 围岩级别IVVVI 水平均布压力 0 15 0 3 qv 0 3 0 5 qv 0 5 1 qv 2 浅埋浅埋 详见铁路行业 4 2 4 4 5 普氏坍落拱理论 1 基本假设 此法将岩体视为具有一定粘聚力的松散介质 洞室开挖后顶部岩块失去平衡形成一个 抛物线形的坍落拱 拱外岩石自行平衡 拱内岩石的重力就是作用于衬砌上部的围岩压力 2 围岩压力计算公式 4 2 4 13 4 2 4 14 4 2 4 15 4 2 4 16 4 2 4 17 式中 qv 为均布垂直围岩压力强度 kN m2 qh1 为隧洞顶面处水平围岩压力强度 kN m2 qh2 为隧洞底面处水平围岩压力强度 kN m2 围岩重度 kN m3 B 洞室开挖宽度 m H 洞室开挖高度 m h 塌落拱抛物线矢高 m 中间计算结果 用户可修改 b1 洞室等效半宽 m f 岩石坚固系数 取值详见表 4 2 4 4 或采用公式 Rc 10 计算 Rc为岩石单轴 极限抗压强度 MPa 岩石内摩擦角 0 岩石坚固系数取值岩石坚固系数取值表表 4 2 4 4 等等 级级类类 别别岩石坚固系数岩石坚固系数 最坚硬的 致密的及坚韧的石英岩和玄武岩 非常坚 硬的其他岩石 20 极坚硬的花岗岩 石英斑岩 矽质片岩 最坚硬的砂 岩及石灰岩 15 极坚硬的 致密的花岗岩 极坚硬的砂岩及石灰岩 坚硬的砾岩 极坚硬的铁矿 10 坚硬的石灰岩 不坚硬的花岗岩 坚硬的砂岩 大理 石 黄铁矿 白云石 8 普通砂岩 铁矿6 坚硬的 砂质片岩 片岩状砂岩5 坚硬的粘土质片岩 不坚硬的砂岩 石灰岩 软的砾 岩 4 不坚硬的片岩 致密的泥灰岩 坚硬的胶结粘土3 软的片岩 软的石灰岩 冻土 普通的泥灰岩 破坏 的砂岩 胶结的卵石和砂砾 掺石的土 2 碎石土 破坏的片岩 卵石和碎石 硬粘土 坚硬的 煤 1 5 密实的粘土 普通煤 坚硬冲积土 粘土质土 混有 石子的土 1 0 中等的 轻砂质粘土 黄土 砂砾 软煤0 8 松软的湿砂 沙壤土 种植土 泥炭 轻砂壤土0 6 散砂 小砂砾 新积土 开采出来的煤0 5 不稳定流砂 沼泽土 含水的黄土及其他含水的土 f 0 1 0 3 0 3 4 2 4 4 6 太沙基理论 1 基本假设 太沙基理论中假定岩石为散粒体 并具有一定的粘聚力 其强度服从摩尔 库仑强度理 论 2 围岩压力计算公式 4 2 4 18 4 2 4 19 4 2 4 20 4 2 4 21 式中 qv 为均布垂直围岩压力强度 kN m2 qh1 为隧洞顶面处水平围岩压力强度 kN m2 qh2 为隧洞底面处水平围岩压力强度 kN m2 围岩重度 kN m3 B 洞室开挖宽度 m H 洞室开挖高度 m c 围岩粘聚力 kN m2 岩石内摩擦角 0 h 为拱顶到地面的高 m b1 洞室等效半宽 m p 作用在地面的附加荷载 kN m2 K0 为岩石侧压力系数 4 2 4 4 7 浅埋洞室松动压力岩柱法 1 基本假设 1 松散岩体的内聚力为 0 2 洞室开挖后 上覆岩体向下位移 同时洞室两侧出现两条与洞室侧壁交 450 2 的 破裂面 作用在洞顶的围岩压力为岩体自重克服了两侧的摩擦力所剩余的力 2 围岩压力计算公式 4 2 4 22 4 2 4 22 4 2 4 22 4 2 4 22 4 2 4 22 4 2 4 22 式中 qv 为均布垂直围岩压力强度 kN m2 qh1 为隧洞顶面处水平围岩压力强度 kN m2 qh2 为隧洞底面处水平围岩压力强度 kN m2 围岩重度 kN m3 岩石内摩擦角 0 B 洞室开挖宽度 m H 洞室开挖高度 m h 为洞顶覆盖层厚度 m b1 洞室等效半宽 m 垂直压力折减系数 中间计算结果 用户可修改 注意 注意 计算公式 4 2 4 22 适用条件为 h b1 K 0 有弹性抗力 h 0 当 v 0 无弹性抗力 C 计算起点的边界矩阵 D 计算终点的边界矩阵 C D 有以下几种情况 对称点 对称点 Q 0 u 0 0 边界阵为 2 铰支点 铰支点 M 0 u 0 v 0 边界阵为 3 固定端 固定端 u 0 v 0 0 边界阵为 4 弹性固端 弹性固端 T KdnU M KJn Q 0 边界阵为 dn 支端厚度 m Jn 支端截面惯性矩 m4 4 4 2 龙格 库塔法求数值解 4 4 2 1 求 X 解题时采用逐步近似的弹性抗力分布 即首先假定各点没有围岩抗力的作用 当某一 点计算出的位移方向与假定的抗力分布不一致时 重新假定该点为有抗力作用 继续计算 这样反复假定抗力作用情况 直到假定的抗力分布与计算的位移方向一致 这样每次求解 时 A 阵中的 h 为已知 方程组变为线性方程组 采用龙格 库塔法解微分方程组 具体如 下 4 4 2 1 1 步长 在计算过程中 把衬砌分为几个结构段进行计算 例如圆拱直墙形 衬砌分为底板 直墙和顶拱 个结构段 每个结构段的长度除以交互的计计 算分段数算分段数 得到单元长度 即为步长 对于直线结构段 步长 为单元长 度 对于弧形结构段 步长 为单元弧长 Gn Hn的计算过程如下 4 4 2 2 求 X0 方程组线性化后 4 4 2 1 1 式中 Gn即与解无关 因而 Xn可用初参数 X0表示 经过推 证并代入始点和终点的边界条件可解得 X0的方程组如下 4 4 2 2 1 Dm Fm的意义见下式 4 4 2 2 2 4 4 2 2 3 4 4 2 2 4 Xm 计算终点的 X 值 4 4 3 关于连接矩阵 采用上述初参数法递推求解时 在底板与边墙 边墙与顶拱 圆弧与圆弧的连接处 存在着轴线的转折 因此 在递推时除应区分开相连接的两部分的 A 阵和 P 阵外 在递推 求 Dm Fm及 Xn时 为保证折点处内力平衡和位移连续 应引入折点处的连接阵 这里以 圆拱直墙形断面中侧墙到顶拱为例说明 图 4 4 3 1 折点处坐标转换示意图 对于侧墙到顶拱的坐标转换 实际上是局部坐标系顺时针旋转 90 为顶拱半 中心角 对于局部坐标系顺时针旋转 的转换矩阵如下 4 4 3 1 4 4 4 数值解的步骤 1 求 4 4 2 1 1 中的 Gn Hn 2 由 4 4 2 2 3 式 4 4 2 2 4 式递推算出 Dm Fm 3 由 4 4 2 2 1 式解出 X0 4 由 4 4 2 1 1 式递推算出各计算点之 X 4 5 配筋计算 按 b 1000mm h 壁厚的矩形压弯构件进行配筋计算 软件提供两种规范供选择 1 混凝土结构设计规范 GB 50010 2010 2 水工混凝土结构设计规范 SL 191 2008 4 5 1 混凝土结构设计规范 GB 50010 2010 分为对称配筋和非对称配筋 4 5 1 1 对称配筋 包括 轴压计算 偏压计算 压剪计算 4 5 1 1 1 轴压计算 4 5 1 1 1 1 式中 N 轴向压力设计值 kN 由用户交互 A 构件截面面积 mm2 A s 受压钢筋截面面积 mm2 fc 混凝土轴心抗压强度设计值 N mm2 f y 钢筋的抗压强度设计值 N mm2 钢筋混凝土构件的稳定系数 如果 max l0 b l0 h 3 A 时 A s按下式计算 4 5 1 1 1 3 4 5 1 1 2 偏压计算 判别大小偏压 4 5 1 1 2 1 如 N Nb 属小偏压问题 如 N Nb 属大偏压问题 1 小偏压 计算公式 4 5 1 1 2 2 4 5 1 1 2 3 2 大偏压 4 5 1 1 2 4 如 x 1 0 则取 1 1 0 2 计算构件长细比对截面曲率的影响系数 当 l0 h 15 时 取 2 1 0 l0 构件的计算长度 mm 由用户交互 4 5 1 1 3 压剪计算 4 5 1 1 3 1 式中 N 轴向压力设计值 kN 当 N 大于 0 3fcbh 时 取 N 0 3fcbh 计算截面的剪跨比 其值 1 3 当 3 时 取 3 4 5 1 1 3 2 4 5 1 2 非对称配筋 包括 轴压计算 偏压计算 压剪计算 4 5 1 2 1 轴压计算 轴压计算同对称配筋 详见 4 5 1 1 1 节 4 5 1 2 2 偏压计算 计算原则 以 As As 为最小时 充分利用砼 判别大小偏心 当 ei 0 3h0时 大偏压 否则 为小偏压 1 大偏压 按下式计算 4 5 1 2 2 1 4 5 1 2 2 2 由下式求得 As x 4 5 1 2 2 3 4 5 1 2 2 4 当 x 2as 时 4 5 1 2 2 5 4 5 1 2 2 6 2 小偏压 按下式计算 4 5 1 2 2 7 4 5 1 2 2 8 按下面公式计算 x As 4 5 1 2 2 9 4 5 1 2 2 10 4 5 1 2 2 11 式中 e s 轴向力作用点至受压钢筋 As 合力点之间的距离 mm s 离轴向力较远一侧的纵向钢筋内力 N mm2 1 系数 当混凝土等级不大于 C50 时取 0 8 当混凝土等级为 C80 时取 0 74 其间按线性内插法确定 上述几式中 ei含义及计算方法与上节相同 4 5 1 2 3 压剪计算 压剪计算同对称配筋 详见 4 5 1 1 3 节 4 5 2 水工混凝土结构设计规范 SL 191 2008 分为对称配筋和非对称配筋 本节计算配筋面积都与最小配筋面积 按最小配筋率所配钢筋面积 比较 取其大值 为配筋面积 配筋率计算公式为 As bh0 本节计算中 M T V 以 M d T d V d代入 d为结构系数 软件取 d 1 2 4 5 2 1 对称配筋 4 5 2 1 1 轴压计算 4 5 2 1 1 1 式中 N 轴向压力设计值 kN A 构件截面面积 mm2 A s 受压钢筋截面面积 mm2 fc 混凝土轴心抗压强度设计值 N mm2 f y 钢筋的抗压强度设计值 N mm2 钢筋混凝土构件的稳定系数 如果 max l0 b l0 h 3 A 时 A s按下式计算 4 5 2 1 1 3 4 5 2 1 2 偏压计算 判别大小偏压 4 5 2 1 2 1 如 KN Nb 属小偏压问题 如 KN Nb 属大偏压问题 1 小偏压 4 5 2 1 2 2 4 5 2 1 2 3 2 大偏压 4 5 2 1 2 4 如 x1 0 则取 1 1 0 2 计算构件长细比对截面曲率的影响系数 当 l0 h 15 时 取 2 1 0 l0 构件的计算高度 mm 4 5 2 1 3 压剪计算 4 5 2 1 3 1 式中 N 轴向压力设计值 kN 当 N 大于 0 3fcbh 时 取 N 0 3fcbh 计算截面的剪跨比 Hn 2h0 1 3 当 3 时 取 3 Hn 构件净高 4 5 2 2 非对称配筋 4 5 2 2 1 轴压计算 轴压计算同对称配筋 详见 4 5 2 1 1 节 4 5 2 2 2 偏压计算 计算原则 以 As A s为最小时 充分利用砼 判别大小偏心 当 e0 0 3h0时 大偏压 否则 为小偏压 1 大偏压 按下式计算 4 5 2 2 2 1 4 5 2 2 2 2 由下式求得 As x 4 5 2 2 2 3 4 5 2 2 2 4 当 x 2a s时 4 5 2 2 2 5 4 5 2 2 2 6 2 小偏压 按下式计算 4 5 2 2 2 7 4 5 2 2 2 8 按下面两式计算 x A s 4 5 2 2 2 9 4 5 2 2 2 10 s 离轴向力较远一侧的纵向钢筋内力 N mm2 4 5 2 2 2 11 上述几式中 e0含义及计算方法与上节相同 4 5 2 2 3 压剪计算 压剪计算同对称配筋 详见 4 5 2 1 3 节 4 6 裂缝计算 4 6 1 混凝土结构设计规范 GB 50010 2010 计算公式 4 6 1 1 4 6 1 2 4 6 1 3 4 6 1 4 式中 wmax 按荷载效应的标准组合并考虑长期作用影响计算的最大裂缝宽度 mm 必须满足式 4 6 1 2 wmax 结构构件的最大裂缝宽度限值 mm 由用户交互 裂缝间纵向受拉钢筋的应变不均匀系数 当 1 0 时 取 1 0 ftk 混凝土轴心抗拉强度标准值 N mm2 te 按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率 当 te 0 01 时 取 te 0 01 Ate 有效受拉混凝土截面面积 mm2 偏心受压构件 Ate 0 5bh b 矩形截面宽度 mm h 矩形截面的高度 mm sk 按荷载效应的标准组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋的应力 N mm2 必须满足式 4 6 1 5 偏压构件按公式 4 6 1 6 计算 Ap 受拉区纵向预应力筋截面面积 4 6 1 5 4 6 1 6 4 6 1 7 4 6 1 8 4 6 1 9 4 6 1 10 4 6 1 11 fyk 钢筋抗拉强度标准值 N mm2 As 受拉区纵向钢筋截面面积 mm2 偏心受压构件 As为受拉区纵筋截面面积 Mk 按荷载效应的标准组合计算的弯矩值 kN m Nk 按荷载效应的标准组合计算的轴向力值 kN a s 受压钢筋合力点至截面近边的距离 mm c 混凝土保护层厚度 mm e 轴向拉力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离 mm z 纵向受拉钢筋合力点至受压区合力点之间的距离 mm 且不大于 0 87h0 h0 矩形截面的有效高度 mm f 受压翼缘与腹板有效面积的比值 e 轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离 mm e0 轴向力作用点至截面重心的距离 mm ys 截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离 mm s 使用阶段的偏心距增大系数 当 l0 h 14 s 1 0 l0 构件计算长度 mm cr 构件受力特征系数 对偏心受压构件 取 cr 2 1 c 混凝土保护层厚度 mm 当 c65 时 取 c 65 deq 受拉区纵向钢筋的等效直径 mm vi 受拉区第 i 种纵向钢筋的相对粘结特征系数 对变形钢筋 取 vi 1 0 对光面钢筋 取 vi 0 7 di 受拉区第 i 种纵向钢筋的公称直径 mm ni 受拉区第 i 种纵向钢筋的根数 4 6 2 水工混凝土结构设计规范 SL 191 2008 计算公式 4 6 2 1 4 6 2 2 4 6 2 3 4 6 2 4 4 6 2 5 4 6 2 6 4 6 2 7 4 6 2 8 4 6 2 9 4 6 2 10 4 6 2 11 式中 wmax 在荷载效应标准组合下的裂缝最大宽度 mm 必须满足公式 4 6 2 2 lim 允许最大裂缝 mm 由用户交互 构件受力特征和荷载长期作用的综合影响系数 对受弯和偏心受压构件 取 2 1 对偏心受拉构件 取 2 4 对轴心受拉构件 取 2 7 c 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离 mm 当 c 65mm 时 取 c 65mm sk 按荷载标准值计算的构件纵向受拉钢筋应力 N mm2 必须满足式 4 6 2 5 fyk 钢筋的强度标准值 N mm2 te 纵向受拉钢筋配筋率 按有效受拉混凝土截面面积计算 对大偏心受压构件 按式 4 6 2 4 计算 当 te60MPa 受地 质构造影响轻微 节理不发育 无软弱面 或 夹层 层状岩层为巨后层或厚层 层间结合 良好 岩体完整 呈巨块状整 体结构 岩石稳定 无 坍塌 可能产 生岩爆 4 5 硬质岩 Rc 30MPa 受地质构造影响严重 节理较发育 有少量软弱面 或夹层 和贯通 微张节理 但其产状及组合关系不致产生滑动 层状岩层为中厚层或厚层 层间结合一般 很 少有分离现象 或为硬质岩石偶夹软质岩石 呈巨块或大 块状结构 暴露时间长 可能会出现局 部小坍塌 侧 壁稳定 层间 结合差的平缓 岩层 顶板易 塌落 3 5 4 5 硬质岩 Rc 30MPa 受地质构造影响严重 节理发育 有层状软弱面 或夹层 但其产 状及组合关系尚不致产生滑动 层状岩层为薄 层或中层 层间结合差 多有分离现象 硬 软质岩石互层 呈块 石 碎 石 状 镶嵌结构 软质岩 Rc 15 30MPa 受地质构造影响 较重 节理较发育 层状岩层为薄层 中厚层 或厚层 层间结合一般 呈大块状结 构 拱部无支护时 可产生小坍塌 侧壁基本稳定 爆破震动过大 易塌 2 5 4 0 硬质岩 Rc 30MPa 受地质构造影响极严重 节理很发育 层状软弱面 或夹层 已基本破 坏 呈碎石状压 碎结构 软质岩 Rc 5 30MPa 受地质构造影响严 重 节理发育 呈块 石 碎 石 状 镶嵌结构 土体 1 具压密或成岩作用的黏性土 粉土及 砂类土 2 黄土 Q1 Q2 3 一般钙质 铁质胶结的碎石土 卵石 土 大块石土 1 和 2 呈大块 状压密结构 3 呈巨块状整 体结构 拱部无支护时 可产生较大的 坍塌 侧壁有 时失去稳定 1 5 3 0 岩体 软岩 岩体破碎至极破碎 全部极软岩 或全部极破碎岩 包括受构造影响严重的破碎 带 呈角砾碎石 状松散结构 土体 一般第四系坚硬 硬塑黏性土 稍密及以上 稍湿或潮湿的碎石土 卵石土 圆砾土 角砾 土 粉土及黄土 Q3 Q4 非黏性土呈 松散结构 黏性土及黄 土呈松软结 围岩易坍塌 处理不当会出 现大坍塌 侧 壁经常小坍塌 浅埋时易出现 地表下沉 陷 或塌至地表 1 0 2 0 构 岩体 受构造影响严重呈碎石 角砾及粉末 泥状土 的断层带 土体 软塑状黏性土 饱和的粉土 砂类土等 黏性土呈易 蠕动的松软 结构 砂性 土呈潮湿松 散结构 围岩极易坍塌 变形 有水时 土砂常易一齐 涌出 浅埋时 易塌至地表 1 0 饱 和状态的 土 1 5 附录 2 系统环境与安装 一 系统