某工程A隧洞5类围岩衬砌及配筋计算书(共17页)

1、 某工程A隧洞5类 (桩号 干0+156.00干1+111.00) 衬砌内力和配筋计算书 2014年5月16日目 录1 基本资料31.1 等别31.2 断面尺寸31.3 荷载31.4 计算工况和荷载组合32 计算方法42.1 参数取值42.2 计算简图63 理正计算结果64 衬砌配筋计算94.1 计算情况94.2 偏心受压计算104.2.1 取值104.2.2 配筋计算114.3 受弯计算134.4 计算结果135 抗裂验算145.1 计算公式145.2 计算情况155.3 偏心受压计算155.4 受弯计算156 斜截面抗剪验算166.1 计算公式166.2 计算情况166.3 偏心受压计算1

2、76.4 受弯计算177 配筋结果171 基本资料1.1 等别根据SL2522000水利水电工程等级划分及洪水标准和GB5028899灌溉与排水工程设计规范的规定，该工程属等（中型）工程。渠系建筑物按5级设计。渠系建筑物设计洪水重现期为10年（P=10 %）1.2 断面尺寸净断面尺寸2.0m×2.4m（宽×高），底板、侧墙及顶拱衬砌厚度均为0.3m。1.3 荷载按5级建筑物设计，安全级别为级。结构重要性系数，设计状况系数、，永久荷载分项系数（0.95），可变荷载分项系数，偶然作用分项系数，结构系数。按承载能力极限状态计算时荷载分项系数：衬砌自重作用分项系数1.05（有利）、

3、0.95（不利）围岩压力作用分项系数1.0外水压力作用分项系数1.0灌浆压力作用分项系数1.31.4 计算工况和荷载组合检修期：围岩压力+衬砌自重+外水压力施工期：围岩压力+衬砌自重+外水压力+灌浆压力注：以检修期作为控制工况，施工期灌浆时采取必要的支护措施。2 计算方法首先采用理正岩土计算软件进行受力分析计算，然后在软件计算结果的基础上进行配筋计算。2.1 参数取值基本参数 衬砌断面类型： 圆拱直墙形 底板半宽： 1.150(m) 底板厚度： 0.300(m) 侧墙高度： 1.550(m) 侧墙厚度： 0.300(m) 顶拱半中心角： 90.000(度) 顶拱拱脚厚度： 0.300(m) 顶

4、拱拱顶厚度： 0.300(m) 底板围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 侧墙围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 顶拱围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 衬砌的弹性模量： 25500.000(MPa)外水压力折减系数()： 0.400 混凝土等级： C20 纵筋等级： 级围岩压力计算垂直、水平均布围岩压力根据地质资料，隧洞围岩物理力学参数值见下表：隧洞围岩参数建议值表2.1-1隧洞名称A隧洞围岩类别IIIIVV围岩重度（KN/m³）252525坚固系数fk2.51.750.5围岩似内摩擦角（°）706560围岩单位抗力系数(MPa/cm)=100

5、MN/m3531根据水工隧洞设计规范SL279-20026.2.4规定和表2.1-1计算围岩压力：垂直方向水平方向式中垂直均布围岩压力，kN/m2； 水平均布围岩压力，kN/m2； 岩体重度，kN/m3； B隧洞开挖宽度，m； H隧洞开挖高度，m。 计算表格如下表：围岩压力计算表表2.1-2序号已知参数计算结果围岩类别断面尺寸（m×m）开挖宽度B（m）开挖高度H（m）重度（kN/m3）均布垂直山岩压力qv（kN/m2）均布水平山岩压力qh（kN/m2）12.0×2.42.632519.57.522.0×2.42.632519.57.532.0×2.42.

6、632519.57.5注：式、中，系数分别取为0.3、0.1。底部围岩压力按整体计算隧洞单位米长断面受力情况，则底部围岩压力=+1m长衬砌自重/计算宽度 =19.5+（×1.15+2×1.55+2.3）×0.3×25/2.3=48.89 kN/m2外水压力：取5m计。灌浆压力：200kPa。2.2 计算简图图2.2-1 计算简图3 理正计算结果理正软件计算得出的弯矩、轴力、剪力图如下：图3-1 轴力图（单位：kN）图3-1 剪力图（单位：kN）图3-1 弯矩图（单位：kN·m）4 衬砌配筋计算4.1 计算情况取1m长断面进行计算，按下列几种情况

7、分别进行计算，取最大值最为最终结果。配筋参数表4.1-1序号M(KN·m)N(KN)e0=M/N (m)位置备注13.633.70.107 拱顶偏心受压21.152.20.021 侧墙顶部偏心受压318.263.20.288 侧墙底部偏心受压418.230.3底板端点受弯518.130.3底板跨中受弯注：弯矩和轴力均为设计值。计算参数：C20砼，fc=9.6 N/mm2；HRB400钢筋，fy=fy=360 N/mm2；断面b×h=1000mm×300mm，h0=h-a=300-50=250mm；as=as=50mm。4.2 偏心受压计算4.2.1 取值计算偏心距

8、增大系数值时，将无压隧洞衬砌的顶拱连同侧墙近似作为一个无铰拱结构考虑，其拱轴线长度S采用顶拱长加一个侧墙长。根据水工混凝土结构设计规范（DL/T 5057-2009）9.3.9规定，按下式进行计算： （4.2.1-1） （4.2.1-2） （4.2.1-3）式中：轴向力对截面重心的偏心距，在式（4.2.1-1）中，当时，取；构件的计算长度，无铰拱结构；截面高度，300mm；截面有效高度，；A构件的截面面积，1000×300=3×105 mm2；考虑截面应变对截面曲率的影响系数，当>1时，取=1.0；考虑构件长细比对截面曲率的影响系数，当时，取=1.0。当构件长细比（或

9、）8时，可取=1.0。故S=×1.15+1.55=5.16ml0=0.36S=0.36×5.16=1.86m，短柱，取=1.01、，大偏心受压2、 ，小偏心受压3、 ，大偏心受压4.2.2 配筋计算1、 大偏心受压：=107+150-50=207mm取=1.2×33.7×103=40400N，=b=0.518 <0按最小配筋率：<0< 0则：=107-150+50=7mm=3.9mm2<按最小配筋率：2、 小偏心受压：=21+150-50=121mm取取=1.2×52.2×103=62640N，其中：A=0.5

10、fcb=0.5×9.6×1000=4800mm2 =30638 =-62640×(0.5×300-21-50)-360×500×0.8×200/(0.8-0.518) =-1.1×108则： =0.59<1.6-b <0按最小配筋率：3、 大偏心受压：=288+150-50=388mm取=1.2×63.2×103=75840N，=b=0.518 <0按最小配筋率：<0< 0则：=288-150+50=188mm=198.0mm2<按最小配筋率：4.3 受弯计算

11、取底板弯矩最大设计值计算：=0.036<b=0.518=246.7mm2<按最小配筋率：4.4 计算结果侧墙、顶拱和底板均按照最小配筋率选配钢筋，选配的单侧受力钢筋截面面积不得小于500mm2。5 抗裂验算5.1 计算公式根据水工混凝土结构设计规范（DL/T 5057-2009）10.1.1规定，按下式进行计算：偏心受压构件： （5.1-1）受弯构件： （5.1-2）式中：、按标准组合计算的轴向力值、弯矩值；混凝土拉应力限制系数，=0.85；混凝土轴心抗拉强度标准值，C20砼，=1.54N/mm2；截面抵抗矩塑性系数，矩形截面为1.55，考虑截面高度影响，进行修正；换算截面面积，=

12、1000×300+7.84×500+7.84×500=307840mm2，、为受拉、受压钢筋截面面积；轴向力对截面重心的偏心距；钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比，HRB400钢筋，=2.0×105N/mm2，C20砼，=2.55×104N/mm2，即=7.84；换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，=2.33×109/(300-146.8)=1.52×107；换算截面重心至受压边缘的距离，=(300×1000×300/2+7.84×500×250+7.84×500×50)/

13、307840=146.8mm；换算截面对其重心轴的惯性矩，=1000×3003/12+1000×300×(146.8-150)2+7.84×500×(250-146.8)2+7.84×500×(146.8-50)2=2.33×109mm4；混凝土截面面积，1000mm×300mm；截面全高，300mm。5.2 计算情况取1m长断面进行计算，按下列几种情况分别进行计算。抗裂验算参数表5.2-1序号M(KN·m)N(KN)e0=M/N (m)位置备注13.734.90.106 拱顶偏心受压21.25

14、3.10.023 侧墙顶部偏心受压318.363.50.288 侧墙底部偏心受压418.330.3底板端点受弯518.230.3底板跨中受弯注：弯矩和轴力均为标准值。5.3 偏心受压计算按最不利组合即e0取最大值时计算：满足抗裂要求，可不再进行裂缝宽度验算。5.4 受弯计算满足抗裂要求，可不再进行裂缝宽度验算。6 斜截面抗剪验算6.1 计算公式根据水工混凝土结构设计规范（DL/T 5057-2009）9.5.9和9.5.3之规定：偏心受压构件如能符合时，则不需要进行斜截面受剪承载力计算；受弯构件如能符合时，则不需要进行斜截面受剪承载力计算。式中：构件斜截面上的剪力设计值；与剪力设计值相应的轴向

15、压力设计值，当时，取=1/1.2×0.3×9.6×1000×300=720kN，A为构件的截面面积；混凝土的受剪承载力，=0.7×1.10×1000×250=192.5kN；混凝土轴心抗拉强度设计值，C20砼，=1.10N/mm2。6.2 计算情况取1m长断面进行计算，按下列几种情况分别进行计算。抗剪验算参数表6.1-1序号V(KN)N(KN)位置备注1033.7拱顶偏心受压27.152.2侧墙顶部偏心受压330.363.2侧墙底部偏心受压463.230.3底板端点受弯5030.3底板跨中受弯注：弯矩和轴力均为设计值。6.3 偏心受压计算1、 =1/1.2×192.5+0.07×33.7=162.8kN>=0kN满足抗剪要求。2、 =1/1.2×192.