内力图-地铁盾构计算书

1 设计荷载计算设计荷载计算 1 1 结构尺寸及地层示意图 350 6200 5500 138 350 B1 138 D B2 73 L1 K 73 L2 8 8 1280 灰色淤泥质粘土 kN m c 12 kPa 2925 3 灰色淤泥质粉质粘土 kN m c 12 2kPa 1645 3 3 3 3 2 q 20kN m 500 褐黄色粘土 kN m 10003500 灰色砂质粉土 kN m 人工填土 kN m 1500 43800 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 按照课程设计题目 以下只进行基本使用阶段的荷载计算 mm43800 50 849 1350h 灰 1 2 隧道外围荷载标准值计算 1 自重 2 75 835 025mkNg h 2 竖向土压 若按一般公式 由于 2 1 95 44688 485 37 80 11 90 185 018qmKNh n i ii h 1 5 1 0 3 5 43 8 48 8m D 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 00 1 00 1 tan p B h B h eqe BcB 其中 mRB c 83 6 4 7 7 5 22tan 1 3 4 5 22tan 000 0 加权平均值 0 00 7 7 85 5 205 4 2 7645 1 9 8 则 2 9 8tan 83 6 8 48 9 8tan 83 6 8 48 11 02 18920 1 9 8tan 83 6 2 128 83 6 pmKNee b 普氏公式 2 0 0 12 73 269 9 8tan 92 7 8 3 2 tan3 2 pmKN B 取竖向土压为太沙基公式计算值 即 2 1 02 189pmKN e 3 拱背土压 mkNRc 72 286 7925 2 4 1 2 4 1 2G 22 其中 3 6 7 28 1645 1 1 728 1 0 8645 1 mKN 4 侧向主动土压 2 45tan 2 2 45 tan q 002 1 chpe e 其中 2 1 02 189pmKN e 3 4 7 85 5 205 4 1 7645 1 8 mKN 0 00 7 7 85 5 205 4 2 7645 1 9 8 kPac 1 12 85 5 205 41 12645 1 2 12 则 2 0 0 0 02 1 00 121 2 7 7 45tan 1 122 2 7 7 45 tan02 189qmKN e 2 0 0 0 02 2 06 154 2 7 7 45tan 1 122 2 7 7 45 tan 85 5 4 702 189 qmKN e 5 水压力按静水压考虑 a 竖向水压 2 w1ww1 478 24 48 8 9 8 H pmKN b 侧向水压 2 w1ww1 478 24 48 8 9 8 H qmKN 2 w2ww2 532 14 5 5 48 8 9 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 p 2 p 4 c 4 cw2e2w1e1w1e1 其中 衬砌圆环抗弯刚度取 2 3 7 6 123265 12 0 35 0 1 103 45EImKN 衬砌圆环抗弯刚度折减系数取 7 0 则 m 3 4 4 10617 0 57 3666008 11 2261 925 2 200000 0454 6 232651 70 24 925 2 14 325 154 06 24 784 139 19 24 78402 189 2 2 3 r 35 1210617 0 00002 yk qmKN 7 拱底反力 wcc1R R 2 0 2146R g p P e 其中 与拱背土压 2 1 02 189pmKN e 2 75 8 mkNg 3 6 7 28 1 645 1 1 728 1 0 8645 1 mKN 对应 则 2 R 91 17410 955 2 2 6 7955 2 0 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 垂直荷载水平荷载水平三角荷载地基抗力自重 pe1 pw1qe1 qw1 qe2 qw2 qe1 qw1 qk k g 截面 度 内力 800 71 719 09 104 35 14 82 10 50 每米内力 0M KNm1712 65 1538 06 93 00 15 09 30 97 97 47 0N KN0 00 2103 33 95 38 15 33 5 12 2208 93 0Q KN0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 8M KNm1646 30 1478 48 90 28 14 65 29 95 92 84 8N KN45 36 2062 59 94 45 15 18 4 47 2213 11 8Q KN 322 78 289 88 13 27 2 13 4 96 12 54 40 5M KNm267 92 240 61 27 18 4 35 7 67 3 46 40 5N KN987 85 1216 18 69 20 11 66 10 21 2295 10 40 5Q KN 1156 62 1038 72 59 10 9 95 19 83 29 02 73M KNm 1419 85 1275 11 78 07 14 51 25 51 77 67 73N KN2141 88 179 80 16 72 2 94 35 92 2377 25 73Q KN 654 84 588 08 54 68 9 61 16 34 13 87 90M KNm 1712 65 1538 06 111 60 19 18 35 28 79 08 90N KN2342 08 0 00 0 00 0 00 48 24 2390 33 90Q KN0 00 0 00 19 08 0 00 5 12 24 20 105 5M KNm 1468 03 1318 38 109 15 14 09 33 74 60 16 105 5N KN2174 82 150 21 7 26 3 68 52 48 2388 45 105 5Q KN603 13 541 65 26 17 13 27 19 11 41 15 138M KNm179 02 160 77 0 73 3 57 1 24 15 18 138N KN1048 63 1161 60 101 42 11 39 31 94 2354 98 138Q KN1164 63 1045 91 91 32 10 26 34 67 72 33 159M KNm1272 75 1143 00 91 38 12 11 28 29 54 54 159N KN300 79 1833 21 177 30 14 31 13 14 2338 74 159Q KN783 58 703 70 68 06 5 49 23 61 40 92 180M KNm1712 65 1538 06 130 20 15 09 39 58 68 88 180N KN0 00 2103 33 209 85 15 33 5 12 2333 62 180Q KN0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 0 00 内力 红色线条 分布图如下 M 15 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 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 00 13 87 24 20 41 15 72 33 图 2 3 剪力分布图 KN 3 标准管片标准管片 B 配筋计算配筋计算 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 2 3 7 92 86285 12 0 35 0 1 103 457 0EImKN 而管片的内力 mKNM s 69 12084 92 3 01 1 M KNN s 11 2213N 3 2 环向钢筋计算 假设为大偏心构件 mm N M s s 57 11 2213 69 120 e0 取 1 1 kmmaa50 mma h kee 71 2 0 采用对称配筋 W bxRN 2 0 0 ahRA x hbxRNe ggW 其中 钢筋选用 HRB335 钢 则 1000mm b 2 W 23 1N mm R 2 g 300N mm R 由此 1 2310001033 2390 3 x 50300 300 2 300 1 231000 7 1871033 2390 3 g A x x 得 确为大偏心 16555 0 48 103 1002 0 mmhmmxmma 由此算出 0 g A 取 选配 4B14 A g 615 75 mm2 2 6003001000 2 0mmAA gg 3 3 环向弯矩平面承载力验算 按偏心受压验算 KNN s 33 2390N mm bh bh A I i101 12 350 12 23 8 32101 2925 180 65 180 65 0 0 0 0 0 iRil c 查 混凝土结构基本原理 表 4 1 得轴心受压稳定系数 98 0 2 50 1231615 752mmAg 3 3501000 50 1231 取 2 3500003501000mmA 满足要求 NKNRAAR ggwcu 36 8285 30050 1231 1 23350000 98 0 N 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 KNV33 72 剪跨比 0 31 11 300 2925 180 65 0 0 0 h l 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 c sv yvtu Nh s A fbhfV07 0 1 75 1 00 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 KNNKNAf cc 33 2390 5 242535010001 233 03 0 又由 既不需要计算配箍 按构 KNVKNVcu33 7238 4151033 239007 0 300100089 1 13 75 1 3 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 A8 200 4 基本使用阶段验算基本使用阶段验算 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 Q RPGG K j 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 15 10925 2 925 2 226 66772 28925 2 275 8 2 2 2 2 11 wc cwec R RppGRg K 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 n c A N 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 2 22 46 12518 4 31130 mmAn 则 22 1 23 4 22 46 12518 280000 mmNRmmN wc 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 bh hbb ff f 取 s 1 0 1448 9 35 0 925 2 180 65 0 0 0 hl mma h y ss 12550 2 350 2 182 36mm 125 1000 2208 93 97 47 1 3 1 0 sss yee mm57 163300 36 182 300 12 0 87 0 1 12 0 87 0 2 0 20 h e h z s f 2 3 445 88 163 57 615 75 163 57 182 36 10 2390 33 mmN zA zeN s ss ss 再根据桥涵规范 6 4 3 条 裂缝宽度 1028 0 30 W 321 d E CCC s ss tk 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 0 006 0 则 mmmm tk 2 039 0 006 0 1028 0 1430 100 2 445 88 9 05 10 1W 5 不满足要求 需增加钢筋 经计算 钢筋改配为 6B B16 即可满足要求 验算过程如下 2 3 227 59 163 57 1206 37 163 57 182 36 10 2390 33 mmN zA zeN s ss ss 则 满足要求 mmmm tk 2 020 0 006 0 1028 0 1630 100 2 227 59 9 05 10 1W 5 同理 对标准管片进行验算 也需增加配筋为 6B B16 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 W eN F N c 011 1 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 W M F N c 22 2 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 2 2 011 1 457 0 350 1000 1 6 25 280000 1000350 280000 mmN W eN F N c 2 2 63 22 2 14 3 350 1000 1 6 1084 927 0 1000350 1011 2213 mmN W M F N c 均为压力 接缝不会张开 由此可得接缝变形量 l E l cc21 其中 E 防水涂料抗拉弹性模量 取 3MPa l 涂料厚度 取 5mm 则 mmlmml E l cc 3 72 3 5 3 69 2 457 0 21 若用两只螺栓 mmlmml E l cc 3 96 25 3 69 2 2457 0 2 21 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 M 2377 25kN N mm N M e023 0 25 2377 37 54 0 由 0 X xwg b R N N x 1000 23 1 280000 2 10 2377 25 3 mmhmmx16555 0 1 127 0 为大偏心受压 则 满足要求 55 125 7 23 10 2377 25 127 1 2 350 2 10 2377 25 127 1 2 300 280000 2 22 2 3 3 0 0 0 Ne xh N x hRA K gg e b 正弯矩接头 8 截面处 m92 84kN M 2213 11kN N mm N M e042 0 11 2213 84 92 0 由 0 X xwg b R N N x 1000 23 1 280000 2 10 2213 11 3 mmhmmx16555 0 05 120 0 为大偏心受压 则 55 106 2 81 10 2377 25 127 1 2 350 2 10 2377 25 127 1 2 300 280000 2 22 2 3 3 0 0 0 Ne xh N x hRA