地下建筑结构课程设计__隧道盾构施工(word文档良心出品)

1、目录1 荷载计算 31.1 结构尺寸及地层示意图31.2 隧道外围荷载标准值31.2.1 自重 31.2.2 均布竖向地层荷载41.2.3 水平地层均布荷载41.2.4 按三角形分布的水平地层压力51.2.5 底部反力 51.2.6 侧向地层抗力51.2.7 荷载示意图62 内力计算 63 标准管片配筋计算83.1 截面及内力确定83.2 环向钢筋计算83.3 环向弯矩平面承载力验算114 抗浮验算 105 纵向接缝验算125.1 接缝强度计算125.2 接缝张开验算146 裂缝张开验算157 环向接缝验算168 管片局部抗压验算179 参考文献 1823荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图q

2、=20kN/n2人工填土=?-kN/m3褐黄色粘土41 kN/m3灰色砂质粉土 蜜：kN/m3灰色淤泥质粉质粘土=JkN/m 3c=l2.2kPa 铉9,35055006200O8Z1 5792灰色淤泥质粘土三：kN/m3 _ c=12.' kPa 工二1-1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:1355 17 50 = 2205mm1.2 隧道外围荷载标准值计算1.2.1 自重g H，h "=25kN/m3 0.35m =8.750kN/m2尸h 钢筋混凝土自重（kN/m3）； 6-管片厚度（n）；1.2.2 均布竖向地层荷载竖向地层荷载

3、:nq1 - i 丸=0.5 18 1 8 1 9.1 3.5 87 2.205 8 = 7419kN/m 3.1 i 1地面超载:q2 =20kN/m2近似均布拱背土压力:= 5.070kN /m22_G 0.43R ib5 - 2R - 2R一 一 一 .2 .0.43 3.17.606 1其中:2= 7.606kN/m21.645 8.0 7.1 1.281.645 1.282q = q1 q2 q3 = 74.19 20 5.070 = 99.26kN / m21.2.3 3水平地层均布荷载一 2.p1 =qtan (45 -) -2ctan(45-)其中：¥ 与寸砌圆环侧向

4、各个土层的土壤重度二-内摩擦角C-粘聚力的加权平均值则:8 1.645 7.1 4.2055.853= 7.353kN/m8.90 1.645 7.20 4.2055.8512.2 1.645 12.1 4.2055.85p1 =99.26 tan2(4507.67802= 7.678°= 12.128kPa7.6780)-2 12.128tan(450 -8-) = 54.66KPa1.2.4 按三角形分布的水平地层压力_2_ _ _207.6780_p2 =2Rhtan2(45 5)=2 2.925 7.353 tan2(450 厂)=32.876KPa其中:3.1 3.1 -0

5、.352=2.925m1.2.5 拱底反力_ 1 _ 1 PR =q 二g 0.2146RH -：Rh w =99.26 二 8.75 0.2146 2.925 7.353-： 2.925 10 = 116.73KPa1.2.6 侧向土层抗力PK = ky(1 - . 21cos |)其中：3衬砌圆环抗弯刚度：EJ=3.45 107 .- = 123265.625KN m212衬砌圆环抗弯刚度折减系数：州=0.3 ;则：4(2q - P1 - P2 g) Rh _y 一_4 一24 ( EJ 0.045k Rh)= 4.11 10*m(2 99.26-54.66-32.86 8.75 二)2.

6、925424 (0.3 123265.625 0.045 2 104 2.9254)Pkmax =ky(1 J2|cosa) =20000M 4.11M10* = 82.12KPaPkmin = ky(1 -也Icosu ) =20000M4.11M 10*M(1 -V2) = -34.02KPa取 PK =48.1KPa1.2.7 荷载示意图垂百荷秋:的抗力月 I凡|+区.） 厂口更.反方【网而破） （土呵水分离存算）图1-2圆环外围荷载示意图二、内力计算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）：g =1.2 8.75 =10.5k

7、N /m2q =1.2q1 1.4q2 1.2q3 =1.2 74.19 1.4 20 1.2 5.070 = 123.112kN / m2Pi =1.2 54.66 =65.60kN/m 2 2P2 =1.2 32.876 =39.451kN/mPR =1.2 116.73 =140.076kN/m2Pk =1.2 48.1 =57.72kN /m2隧道圆环内力计算结果荷重截面/度弧度内力自重轴线半径均布竖向地层荷载水压水平均布荷载底部反力水平压力Pk引起的圆环内力每米内力g(kN/ nf)RH(m)q(kN/ nf)q(kN/ nf)P1(kN/ nf)PR(kN/nf)P2(kN/ nf

8、)Pk(kN/ nf)10.52.925123.11265.6140.0839.45157.7200M kN.m44.9172.925314.94-25.667-140.31-58.73-35.44-58.7740.94180.31438.4012.925259.24-10.432-113.54-52.51-30.26-50.2340.66360.62820.3412.925111.840.802-43.44-34.49-15.43-25.4514.18540.942-5.023-31.362.925-75.506.93943.23-6.416.1912.98-17.59721.2562.92

9、5-238.317.377113.4128.9828.3554.50-37.05901.57-51.2412.925-323.272.074140.3168.2142.1774.72-47.031081.884-57.34-43.6792.925-306.52-8.452113.67106.0439.9147.87-64.821262.1982.925-188.42-23.17143.66121.1619.94-35.23-105.731442.512-6.7352.92519.49-40.644-43.0269.68-10.54-25.29-37.051622.82653.736134.30

10、22.925296.88-59.163-113.28-95.91-37.91-50.14-5.791803.142.925616.61-76.916-140.31-401.98-48.94-58.7724.0000N KN-15.362.93-38.17573.62191.8843.6636.1259.70851.45180.314-11.632.93-1.95558.39173.5841.5234.2956.78850.97360.628-1.092.9393.42547.15125.6535.3328.3848.31877.13540.94214.372.93213.08541.0266.

11、3825.6818.3734.12913.00721.25631.932.93313.76540.5818.3913.526.9312.64937.74901.5748.212.93360.07545.880.000.030.010.00954.201081.88459.782.93354.34556.4118.22-44.254.0812.64961.221262.19863.672.93313.97571.1366.09-106.3621.4434.12964.051442.51257.842.93242.89588.60125.35-160.2347.0548.31949.811622.

12、82641.542.93148.05607.12173.40-156.3470.0156.78940.551803.1415.512.9338.74624.87191.88-51.2279.28-59.70839.36根据表格所示，在1260度时轴力最大和弯矩最大三、标准管片配筋计算3.1 截面及内力确定由上述内力计算，取 M =-105.73kN m , N =964.05KN进行内力计 算，衬砌管片同时受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。简化 模型为b=1000mm h=350mm保护层厚度取50mm根据修正惯用法中 的刀-E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

13、度为：E JZ-衬砌圆环抗弯刚度F'-kZkk 冗-431_ 4J = 2 2np2 %P = P4 275 = 55.202m4UP 2752JZ = JP = 27.601m4EJ = 0.6 3.45 107 27.061 = 56.016 107KN m2而管片的内力：a.最大负弯矩时：Ms =(1 )M =(1 0.3) 105.73 =137.45kN mNs = N =964.05kNb.最大正弯矩时：Ms=(1)M (1 0.3) 40.94=53.2kN mNs = N =850.97kN3.2 环向钢筋计算3.2.1 按最大负弯矩配筋MS 137.45e0 = =

14、= 142.6mmNS 964.05取：刈=1.1。hes = e0 - -as =1.1 142.6 175-50 = 281.86mm 2hes = e0as =1.1 142.6-175 50 = 31.86mm2350mms a s采用非对称配筋Wo/h。=1.1x142.6/300 =0.52 >0.3 , 先按 大偏心 计算，假设x" ：bh0=0.56 300 168mm对于大偏心构件，取色=fsd,对Mas取矩,x0Ndes - fcdbx(h0 -)As ='、2 fsd (h0 - as)1.0式964.051000x281.86-22.4父 100

15、0M168父(300-168/2) 幺/吉 二负值280乂 (300-50)所以，按照构造配筋，取 A0.2%bh=0.2 1000 350/100 -700mm2取4?16钢筋，面积为804mm八2将 As =700mm2带入公式 A,fsdQ - as) = "Ma - %”( .1 O可得-X2 300x -9943.2 = 0 2算出 x=35.2mmx工£bh0 = 168mm,所以取* = fsd ,对N取力得平衡fcdbx+fsdAs ="Nd +fsdAs带入数据算得：As=73.14mmA2<0.2%bh所以去 As=0.2%bh=700m

16、mA2取4?16,供给面积为804mmA23.3 环向弯矩平面承载力验算（按轴心受压验算）Ns = N =964.05kN3502=101.036mm12 露二 2925lo _ 1800i 101.036= 32.826查混凝土结构设计原理表 3-1 ,得轴心受压稳定系数:= 0.986As2=700mmP'=7001000 350=0.2°。：二3°0（纵向钢筋配筋率）A = 350000mm2 （构件截面面积）N =0.9中(fsdAs + qbx) =0.9 0.986 (280 700 22.4 350000) = 7131.15kN 964.05KN满足

17、要求四、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：Gi G 2 G G P K =FF式中：G隧道自重G-拱背土压力P垂直荷载F水浮力则,K _ g 2 二 Rh G (Pi Pw) 2Rh、. 一二R2H . w _ ，2 , _8.75 2二2.925 0.433.17.606 1(65.6 77.05) 22.925_2二 2.925 10=4.19>1.1满足要求其中：水压力：Pw = wH =10 7.705 = 77.05kN/m 2五.纵向接缝验算5.1 接缝强度计算近似地把螺栓看作受拉钢筋，假设选用1根螺栓。按偏心受

18、压钢 筋混凝土截面尽行计算。5.1.1 .负弯矩接头（1260截面）M =105.73 0.7 =74.011kN mN =964.05kNM 74.011 n d =76.8mme0 N 964.05ea=20mm, e=eo+e3=96.8mmNi400 6211000= 248.4KN其中：N1-螺栓预应力引起的轴向力，取 M3。细螺纹由:% X =0N + Ni=fcbx 33964.05 101 248.4 10 =22.4 1000 x得：x = 54.13mm ： 0.56h0 = 168mm为大偏心受压，则：xh xnN1(h0 -一) N(-)Ke022 2N054 1335

19、0 54 132 248400 (300 - 5413) 964050 (350 - 5413)964050 96.8= 2.502 >1.55满足要求5.1.2 正弯矩接头（00截面）M =53.2kN mN =850.97kNM=N=62.5mm e0 N 850.97ea 20mm, e = e0 + e = 82.5mm由:N + N1 = fcdbx850970 2 248400 F000 22.4 x得：x = 49.07mm ：0.56h0 = 168mm为大偏心受压，则:x h xKe0nNi(ho -) N(2-)Ne49.07350 49.072 248400 (30

20、0-) 850970 (-；.)850970 49.07= 7.34 1.55满足要求5.2接缝张开裂度验算管片拼装之际由于受到螺栓5.8级），在接缝上产生预应力:clNi禽一 W其中:N1螺栓预应力引起的轴向力，取 M30细螺纹(Ni =282.6KN )-螺栓与重心轴偏心距（取 25mmDF、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:N2M2二 c2 一一FW其中:n2及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不利接缝截面（126°）,计算如下:二 ci2=0.406N /mmN1 N1 e0248400248400 X25W 350 M1

21、000 1/6 X1000 X35022=-0.60 /mm9640500.7 105.7 106350 1000 -1/6 1000 1502由此可得接缝变形量:其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取 3MPa1涂料厚度（取5mmn螺栓个数。则：一cL C21 =-0.406 1.195 5 = 1.315mm J11= 3mm E3环向每米宽度内选用1只螺栓即可满足要求，但是根据以上接缝强度计算每沿米宽度需要2只螺栓才能满足要求。考虑安全问题，所 以取2只螺栓。六、裂缝张开验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即1260截面），此处满足要求，则 其他位置亦可满足。M -105.73KN mN =964.

22、05KNM 105.73=109.67 mmN 964.05e0 109.67h。=0= 0.366 <0.55根据GB50010-2002的8.1.2对e0 =< 0.55的偏心受压构件可不验ho算裂缝宽度。所以，管片裂缝张开满足要求。七、环向接缝验算环缝的综合伸长量:l = 1J I2其中：管片伸长量:M l1l1 也l EM纵向螺栓伸长量:M l2l2 J12 E2W2管片弯矩取最大值,即为126°时弯矩最大混凝土面积： Ah =皿3.12 -2.752)= 6.429 106 mm2按环形断面计算:_ A f y =300 700二Ah f c 2 AS f y

23、6.249 106 22.4 2 700 300= 4.306 10“ < 0.3sin =sin；wr =sin(6.046 10 与 1800) =0.019M =Ahfc(rL-£1) 2 As fyRH " 2二i63100 7001 0.019= 6.429 106 22.4 () 2 700 300 70023.14= 2135.758KN m混凝土 ： W1 =0.1(皮一5.54).47m33.1.3= 4.134 10 mm2135.758 106 1000一一 4 一一 9E1W13.45 10 18.147 10计算纵向螺栓（M30 45钢）As

24、 = 700mm2, f y = 400 knmm2 ,螺栓长度为 160mmM =8 As Rh f y FFi0 cos2 16.8750cos2 28.1250cos2 39.3750=cos5.625-cos 5.625cos5.625cos 5.625= 3.2973F2cos2 50.6250cos2 61.8750cos2 73.1250cos5.6250cos5.6250cos5.6250cos2 84.3750八=0.7221 cos5.625F = F1 F2 =4.019M =8 621 2925 400 4.019 = 23360.679 KN mL1 = cos2 5.6250 cos2 16.8750 cos2 28.1250cos2 3