直墙拱形衬砌结构计算说明书(浙理地下建筑结构课程设计)

直墙拱形衬砌结构设计计算手册设计数据：1.围岩性质隧道深度85米，围岩为级围岩，RQD=85%，Rc=57.4MPa，容重0=25 kN/m3，侧向和地基弹性阻力系数为kPa/m。2.内衬材料整体直墙拱混凝土衬砌，混凝土标签C20，弹性系数E=26GPa，体密度=25 kN/m3，混凝土轴抗压强度设计值fc=10ma，弯曲抗压强度设计值fcm=11MPa，抗拉强度设计值ft=1.1mpa3.结构尺寸顶部拱是厚度发生变化的单个中心拱，拱的净高度F0=3.7m，净跨度l0=11.3m。挖方宽度，挖方高度。初步建立路拱厚度mm，拱厚度mm，侧墙厚度mm，墙底部厚度mm增加。目录(a)结构几何尺寸计算1(b)拱环的单位位移计算2(d)拱的弹性阻力位移计算5(e)墙顶(拱)位移计算5(VI)计算墙顶部的垂直力、水平力和力矩7(7)计算过剩未知力7(8)拱截面内力计算8(9)侧壁截面内力计算10(10)拱和侧壁的截面强度检查12(11)钢筋数量计算13参考文献15(a)结构几何图形大小计算(1)拱内圆几何尺寸内圆跨距，内圆高度内圆半径计算：因此(2)拱轴线圆的几何尺寸拱截面与圆顶截面厚度的差异轴圆和内部圆的中心距离：轴向圆半径拱门截面和垂直面之间的角度：跨距计算：高度计算：(3)拱外圆几何尺寸外部圆跨距：外源高度：外圆半径：外部和轴圆的中心距离：(4)侧壁的几何尺寸从拱中心到侧墙中心线的垂直距离：侧墙的计算长度(从拱门中心计算):直墙拱形结构标注如图1所示。图1直墙拱结构尺寸图(b)拱的单位位移计算路拱剖面的惯性距离：拱截面的惯性距离：拱圈结构单元位移计算公式：(c)拱环的载荷位移计算1.负载计算(1)围岩压力级围岩；隧道宽度；当时。推倒拱高负载等效高度值隧道属于深埋地下的隧道。围岩垂直均匀压力计算：，符合计算条件。围岩水平均匀压力：围岩水平为级，围岩均匀水平压力，计算结果：(2)开挖回填引起的荷载据拱门平均超驰0.1米，回填材料为干燥石()，挖方回填载荷为：(3)内衬拱环自重引起的载荷合并后作用于结构上的负载包括垂直连续负载和水平连续负载。2.负载位置计算(1)垂直均布载荷下的位移拱圈结构的载荷位移计算公式：(2)水平均布载荷下的位移拱圈结构的载荷位移计算公式：复叠上述两个负载产生的位移，您可以：(d)拱的弹性阻力位移计算拱圈结构弹性阻力位移计算公式：(e)墙顶(拱)位移计算弹性特征系数：备用长度：侧墙属于短梁。变更墙顶部单位位置和墙顶部荷载位置：(6)计算墙顶部的垂直力、水平力和力矩左半拱的载荷在墙顶产生垂直力、水平力和力矩，这是由拱的垂直载荷和水平载荷引起的。弹性阻力产生的：侧墙自重：(7)计算额外的未知力。以下计算公式将替换为每个计算的值：可以代入解决了寻找弹性阻抗：可以通过计算的替换公式获得：替代解决方案：(8)拱截面内力计算如图2所示，将左半拱分成6等分，以计算每个剖面的弯矩和轴向力坐标大小见表1，弯矩见表2，轴向力的计算见表3。图2计算图表1拱门轴坐标截面0000000010.00000.000011055530.18960.98191.22510.117022151470.37240.92812.40630.464633247420.54160.84063.49961.030044343380.69120.72264.46621.792455439350.81570.57845.27072.724266535330.91060.41325.88393.7916表2拱门的弯矩截面073.28420.00000.00000.0000-73.2842173.284248.7576-66.7260-0.0516-55.2642273.2842193.6836-257.4174-0.8144-8.7360373.2842429.3904-544.4724-4.0028-45.8006473.2842747.2578-886.8007-12.1228-0.5721-78.9535573.28421135.7026-1235.0356-28.0021-28.1509-82.2018673.28421580.7170-1539.1249-54.2462-133.2828-72.6526表3拱门的轴向力截面0416.89550.00000.0000-416.89551409.349720.6533-0.8666-429.13642386.920779.6767-3.2539-463.34353350.4424168.5269-6.5337-512.43554301.2487274.4854-9.7743-565.95985241.1324382.2722-11.890839.2638-34.8540615.92366172.2612476.3949-11.823180.4720-59.8335657.4715(9)侧壁截面内力计算由于镜像，仅计算左侧墙。侧墙属于短梁，由短梁的相应公式计算。墙顶部的力矩和水平力：墙顶部的垂直力：墙顶部的角点和水平位移如下：侧墙分为5个分段，每个分段自重如下。如图2所示，将坐标原点放在墙的顶部，查找每个截面的弯矩、轴向力、弹性阻力。计算结果如图4所示，力矩和轴向力如图3所示。表4直墙，计算截面70.00001000-147.795523.261153.98780.7410.30.99780.67880.11530.0261-8.412536.531115.86691.4830.70.96461.34850.46010.208663.198549.80076.384102.2241.00.82101.96421.02520.701088.411563.07042.643112.9651.40.43752.40961.77501.643185.654576.33917.232123.7071.7-0.35722.46552.61793.133568.903589.6090.00图3内力(10)检查拱门和侧壁的剖面强度(1)取拱穹顶截面进行检查。受拉伸强度承载能力控制的偏心距离。混凝土达到了拉伸最终强度、安全系数。构件纵向弯曲系数，如果剖面强度不符合要求，则必须配置钢筋。(2)拱脚剖面检查受拉伸强度承载能力控制的偏心距离。混凝土达到了拉伸最终强度、安全系数。构件纵向弯曲系数，截面强度符合要求。(3)取侧壁的顶部剖面进行检查。偏心距离由拉伸强度承载能力控制。混凝土达到了拉伸最终强度、安全系数。构件纵向弯曲系数，如果剖面强度不符合要求，则必须配置钢筋。(4)取侧壁底部部分进行检查。偏心距离由压缩强度的承载能力控制。混凝土达到了压缩极限强度、安全系数。构件纵向弯曲系数，截面强度符合要求。(11)钢筋数量计算(1)拱穹顶截面加固计算剖面标注： b=1000 mm h=400 mm弯矩设计值：M=73.30 kNm剪切设计值：V=0.00 kNAs=35 mmas=35 mm最外侧垂直肋外侧边到拉区域底部边的距离：c=25 mm混凝土强度值fc=11.00 N/mm2 ft=1.10 N/mm2主筋：fy=340 N/mm2 Es=2.0105 N/mm2箍筋：HPB300 fyv=270 N/mm2肢体=4折弯计算方法：单筋算法1.弯曲计算1.1相对限制压缩区域高度XBEcu=0.0033-(FCU，k-50)10-5=0.0033-(20-50)10-5=0.0036 0.0033采用Ecu=0.0033Xb=0.531.2压缩区域高度xH0=h-as=400-35=365 mmM=X=h0-=365-=18.7 mm xbh0=0.53365=192.7mm1.3拉伸钢筋截面AsA1fcbx=fyAs As=606 mm21.4检查钢筋率R=0.15%检查最低工作效率Rmin=0.200%按最小钢筋率列出的要求As=rminbh=0.200 00400=800 mm2根据配置要求，As=314 mm2实际钢筋(梁顶部)第一行：4 16as=804 mm2实际压缩钢筋(梁底部)的第一行：4相对于10as=314mm 22.剪切计算2.1复合截面条件v=0.0 kn0.25cf cbh 0=0 . 251 . 0011 . 001000365=1003.8 kn剖面标注符合要求2.2检查配置钢筋条件0.7 ftbh 20=0 . 71 . 101000365=281.1 knv=0.0 kn根据配置放置泰国根据2.3配置查找箍筋剖面面积和间距：肢体箍筋最终配置：规格为；(2)拱圈拱截面加固计算剖面塑形：矩形剖面大小： b=1000 MMH=516 mm根据配置筋，截面强度符合要求。按最小钢筋率列出的要求As=rminbh=0.200 00516=1032 mm2根据配置要求，As=314 mm2实际钢筋(梁底部)第一行：7。14 As=1078 mm2实际压缩钢筋(梁顶部)的第一行：4相对于10as=314mm 2根据配置的不同，箍筋配置：四肢箍筋规格；(3)侧墙顶截面加固计算剖面标注： b=1000 mm h=716 mm弯矩设计值：M=-148.00 kNm剪切设计值：V=243.00 kNAs=35 mmas=35 mm最外侧垂直肋外侧边到拉区域底部边的距离：c=25 mm1.弯曲计算1.1相对限制压缩区域高度XBEcu=0.0033-(FCU，k-50)10-5=0.0033-(20-50)10-5=0.0036 0.0033采用Ecu=0.0033Xb=0.531.2压缩区域高度xH0=h-as=716-35=681mm=X=h0-=681-=20.1 mm xh0=0.53618=359.6mm1.3拉伸钢筋截面AsA1 fcbx=fyas=649mm21.4检查钢筋率R=0.09%检查最低工作效率Rmin=0.200%按最小钢筋率列出的要求As=rminbh=0.200 00716=1432 mm2根据配置要求，As=314 mm2实际钢筋(梁底部)第一行：13。12 As=1470 mm