衬砌结构配筋程序

1、衬砌结构配筋程序程序解释本程序根据钢筋混凝土结构中的设计原理来编制，首先读入材料各特征系数，然后 建立循环，读入各截面的厚度、轴力和弯矩，如果弯矩为负值，则要转为正值，但算出 受拉区和受压区钢筋量后，要将它们互换，最终才得到衬砌内侧和外侧的钢筋量Ass（j） 和Assl（j）。算出各截面所需的配筋量，取衬砌内侧的钢筋最大值作为整体衬砌结构内 侧每截面的配筋量即maxAs，取衬砌外侧的钢筋最大值作为整体衬砌结构外侧每截面的 配筋量maxAsl，式中各主要符号的含义如下：Ak安全系数；Rw混凝土弯曲抗压极限强度标准值；Ra混凝土弯曲抗压极限强度；N、NN（j）轴力、轴力数组；M、MM（j）弯矩、弯

2、矩数组；b截面宽度（沿隧道走向取单位长度1m）；x混凝土受压区高度；Rg钢筋的抗压计算强度标准值；As受拉区钢筋的截面面积；Asl受压区钢筋的截面面积；yl形心轴到受拉区边缘的距离；e轴力作用点到到受拉钢筋重心的距离；el轴力作用点到受压钢筋重心的距离；h0受压区边缘到受拉钢筋重心的距离；a受拉钢筋重心到受拉区混凝土边缘的距离；al受压钢筋重心到受压区混凝土边缘的距离；e0偏心距；h截面高度（即衬砌厚度）；Ec混凝土的受压弹性模量；Es钢筋的弹性模量；Wmax最大裂缝宽度；W裂缝宽度允许值；afai构件受力特征系数；csa裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；fctk混凝土抗拉强度标准值；rte纵

3、向受力钢筋配筋率；Ace有效受拉混凝土截面面积；R纵向受拉钢筋表面特征系数；c钢筋保护层厚度；sigma纵向受拉钢筋的应力；d受拉区钢筋直径；dl受压区钢筋直径；fai纵向弯曲系数；px偏心情况：1，为大偏心；px=2，为小偏心。建立输入文件(1.dat)格式如下：xinghao， biaohaoAk， Ra， Rw， Rg， Ec， Es， fai， fc， fyl， fctk， W， r， afai c， b， d， d1hh(0)，NN(0)，MM(0)hh(1)，NN(1)，MM(1)hh(i)，NN(i)，MM(i)注：i为隧道衬砌截面个数。dimension hh(60),Ass(

4、60),Ass1(60),TT(60)real MM(60),NN(60),M,N,maxAs,maxAs1,As,As1integer pxcharacter xinghao*10,biaohao*10open(1,file=1.txt，status=unknown)open(2,file=2.txt，status=unknown)read(1,*)xinghao,biaohaowrite(2,*)钢筋型号:write(2,*)xinghaowrite(2,*)混凝土标号:write(2,*)biaohaoread(1,*)AK,Ra,Rw,Rg,Ec,Es,fai,fc,fy1,fctk,

5、W,r,afairead(1,*)c,b,d,d1write(2,*)配筋参数:write(2,100) 1000*c,1000*b,1000*d,1000*d1100 format(1x,c=,f8.3,4x,b=,f8.3,4x,d=,f8.3,4x,d1=,f8.3) write(2,*)*1*pause 10read(1,*)imaxAs=0maxAs1=0do 10,j=0,iread(1,*) hh(j),NN(j),MM(j)if(MM(j).lt.0)thenTT(j)=MM(j)MM(j)=-MM(j)endifh=hh(j)M=MM(j)N=NN(j)e0=M/Na=c+d

6、/2a1=c+d1/2h0=h-ae=e0+(h/2-c-d/2)e1=e0-(h/2-c-d1/2)As1=-0.00000420As1=As1+0.000004As=-0.00000430As=As+0.000004if(As.gt.0.04)goto 20!/*计算受压区混凝土高度x*/if(e0.le.(h/2-a1)thenx=sqrt(e-h0)*2+2*Rg*(As*e+As1*e1)/(Rw*b)-(e-h0)elsex=sqrt(ABS(e-h0)*2+2*Rg*(As*e-As1*e1)/(Rw*b)-(e-h0) endif!/*判断大小偏心情况*/if(x.le.(0.

7、55*h0)thenpx=1elsepx=2endif/*检算截面强度*/if(px.eq.1)thenif(x.ge.(2*a1)thenif(AK*N).gt.(Rw*b*x+Rg*(As1-As)goto 30elseif(AK*N*e1).gt.(Rg*As*(h0-a1)goto 30endifelseif(AK*N*e).gt.(0.5*Ra*b*h0*2+Rg*As1*(h0-a1)goto 20if(e0.le.(h/2-a1)thenif(AK*N*e1).gt.(0.5*Ra*b*h0*2+Rg*As*(h0-a)goto 30 endifendif/*检算按轴心受压构件考

8、虑时的截面强度*/AA=b*hif(N.gt.(0.9*fai*(fc*AA+fy1*(As+As1)goto 30/*检算受拉边缘混凝土裂缝宽度*/Ace=0.5*b*hrta二As/Aceif(rta.lt.0.01)rta=0.01z=(0.87-0.12*(h0/e)*2)*h0if(z.gt.(0.87*h0)z=0.87*h0if(As.eq.0)thencsa=0.4elsesigma=N*(e-z)/(As*z)csa=1.1-0.65*fctk*(rta*sigma)endifif(csa.gt.1.0)csa=1.0if(csa.lt.0.4)csa=0.4Wmax二afa

9、i*csa*r*(2.7*c+0.1*d/rta)*sigma/Esif(Wmax.le.W.or.e0.le.(0.55*h0)thenAss(j)二As*1000000Ass1(j)=As1*1000000if(TT(j).lt.0)thensss=Ass(j)Ass(j)=Ass1(j)Ass1(j)=sssendifwrite(2,200)j,1000*h,Ass(j),Ass1(j)200format(1x,j=,i2,4x,h=,f8.3,4x,Ass(j)=，f8.1,5x,Ass1(j)=，f8.1)if(Ass(j).le.0.and.Ass1(j).le.0)thenwri

10、te(2,*)按构造要求配筋elsewrite(2,*)按受力要求配筋，同时得满足构造要求所以：endifif(Ass(j).lt.0.002*b*h*1000000)Ass(j)=0.002*b*h*1000000if(Ass1(j).lt.0.002*b*h*1000000)Ass1(j)=0.002*b*h*1000000write(2,400)Ass(j),Ass1(j)400format(1x,Ass(j)=，f8.1,5x,Ass1(j)=，f8.1)write(2,*)*1*if(Ass(j).gt.maxAs)maxAs二Ass(j)if(Ass1(j).gt.maxAs1)m

11、axAs1二Ass1(j)elsegoto 30endif10 continuewrite(2,*)*1*write(2,300)maxAs,maxAs1300format(1x,maxAs=,f8.1,5x,maxAs1=,f8.1)close(1)close(2)end根据第3章中素混凝土衬砌结构的内力检算结果，如果检算后内力不符合要 求，为了保证衬砌结构安全，必须按受力要求进行配筋。通过检算知道，各类围 岩素混凝土衬砌结构均有部分截面不符合要求，但除7V浅埋外大部分只有个 别点不通过，且安全系数或容许值已大于1，在实际工程中，这种检算不通过可 以忽略。因此按构造要求对V级浅埋段进行配筋。

12、(1)配筋原理隧道衬砌结构属于偏心受压矩形构件，根据偏心受压钢筋混凝土结构设计原 理进行配筋。采用试算法，假设受拉区和受压区一定钢筋分别为AS和AS， 检算钢筋混凝土结构的强度和裂缝是否符合要求，直到衬砌每个截面都符合要求 为全，最后得到各截面的钢筋情况。这部分可编写程序进行计算。计算偏心距e0e = M / N(5-4-1)式中：M弯矩；N轴力。确定截面受压区高度x先假设衬砌截面受拉钢筋和受压钢筋面积分别为A和A：，按下列公式计算 出受压区高度x，即可以确定截面中性轴位置。R (Ae + Afef) = R bx(e - h + x /2)(5-4-2)g ssw0解出上式x :x = :(

13、e - h )2 + 2R (A e + Afe)/(R b) - (e h )(5-4-3)0g ssw0式中：e轴向力到受拉钢筋重心的距离，e = e + (h/2- a)；0e轴向力到受压钢筋重心的距离，e = e - (h/2 + a)；0a钢筋A的重心到截面受拉边缘的距离；a钢筋A的重心到截面受压边缘的距离； sh衬砌厚度；R钢筋的抗拉计算强度标准值/MPa；Rw 混凝土弯曲抗压极限强度标准值/MPa；h0 混凝土受压区边缘到受拉钢筋重心的距离；b 衬砌计算截面宽度，取1m。当轴向力N位于作用于钢筋A和A，重心之间时，式(5-4-2)和式(5-4-3)中取正值；当N作用于两重心以外时

14、，则取负号。3）截面大小偏心类型的确定如果x 2a，按下式进行强度检算：KN R bx + R （A - A ）（5-4-4）wg s s如果x 2a，按下式进行强度检算：KNer R A （h0 - a，）（5-4-5）b、小偏心受压构件强度检算公式如下：KNe 0.5R bh2 + R A （h a）（5-4-6）a 0 g s 0如果轴向力N位于钢筋A的重心与钢筋A的重心之间，强度检算还应符合 ss下式：KNe 0.5R bh2 + R A （h a）（ 5-4-7）a 0 g s 0除了以上按偏心受压构件进行检算外，还应按轴心受压构件验算截面的轴心 抗压强度：N 0.9中f A + f

15、 f（A + A）（5-4-8）cy s s式中：K安全系数；Ra 混凝土弯曲抗压极限强度/Mpa；中-钢筋混凝土构件的纵向弯曲系数；fc 混凝土轴心抗压强度设计值；fy 受力钢筋的抗压强度设计值；A 构件截面面积。其它符号意义同前。5）裂缝检算当e0 0.55 h0,可以不进行裂缝检算，否则需要按下式检算衬砌截面的最大裂缝宽度max是否符合要求：3 awy （2.7c + 0.1d / p ）b / E（5-4-8）式中：a 构件受力特征系数，对偏心受压构件取a =2.7；v 裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，W =1.1-0.65f女/（Pt b ），当V 1.0时，取W = 1.0，其中

16、，P为按有效受拉混凝 土面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，P=A /A，当p 0.01时，取0.01； te s ceteA. 有效受拉混凝土截面面积，对于偏心受压矩形构件，取Ace=0.5bh， h为截面高度，即衬砌厚度；Y 纵向受拉钢筋表面特征系数，螺旋钢筋取0.7，光面钢筋取1.0；c 混凝土保护层厚度；二纵向受拉钢筋的应力，b = N（e 一乙）/（A z），其中z为纵向受拉钢筋合力点至受压区合力之间的距离，z = 0.87 -0.12（h /e）2h，且z 0.87h，否000则取 z = 0.87h0。采用以上的钢筋混凝土结构配筋方法，因为衬砌各截面内力不同，按受力要 求各截面所需配筋

17、量不同，为了施工时铺设钢筋方便，以及整个衬砌结构受拉（或 受压）边并不是都是位于衬砌内侧或外侧，拱顶内侧受拉，而边墙等其他截面可 能是外侧受拉，完全按受力要求配筋会给施工带来很大麻烦，因此为了满足衬砌 结构每个截面受力配筋要求，按所需钢筋量最多的截面对整体衬砌的每个截面进 行配筋。（3）编写配筋程序隧道衬砌结构截面有几十个，如果采用手工计算，显然很麻烦，因此采用编 制程序来配置钢筋。根据以上配筋原理，程序假设衬砌结构内侧和外侧钢筋分别 为A和A，整个衬砌结构受拉（或受压）边并不是都是位于衬砌内侧或外侧， 拱顶内侧受拉，而边墙等其他截面可能是外侧受拉，也就是说并不是所有截面试 算中的A都为受拉钢

18、筋，A：都为受压钢筋，因此为了与上面钢筋配置原理一致， 衬砌结构外侧受拉时，要将A和A倒过来，即受拉钢筋为A，受压钢筋为A， s sss而其他的参数受拉钢筋直径d与受压钢筋直径d也要倒过去。而最后配筋结果恢 复原来假设的钢筋。其实主要是考虑到偏心受压构件的等效轴力N的作用点的问 题，衬砌内侧受拉与外侧受拉的等效轴力N的作用点位置分别位于衬砌轴线的内 侧和外侧，因此需要作出这样的处理。衬砌配筋程序中假设受拉钢筋直径为d，受压钢筋直径为d，保护层厚度为 c，具体程序及其解释详见附录C。设计原理为，首先读入材料各特征系数，然后建立循环，读入各截面的厚度、 轴力和弯矩，如果弯矩为负值，则要转为正值，但算出受拉区和受压区钢筋量后， 要将它们互换，最终才得到衬砌内侧和外侧的钢筋量Ass（j）和Assl（j）。算 出各截面所需的配筋量，取衬砌内侧的钢筋最大值作为整体衬砌结构内侧每截面 的配筋量即max A，取衬砌外侧的钢筋最大值作为整体衬砌结构外侧每截面的配 筋量max A，具体程序及其解释详见附录E。（3）衬砌结构配筋参数及结果1）计算参数受力钢筋：HRB335，抗拉计算强度标准值Rg =335Mpa，抗压强度设计值 f = 268MPa ；钢筋直径：衬砌受拉和受压钢筋均采用4 22，即d = dr =22mm=0.022m；钢筋弹性模量：E = 210e3MPa ；C30混凝土