【《某单线铁路隧道洞身设计及配筋计算过程案例》4400字】

某单线铁路隧道洞身设计及配筋计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u8472某单线铁路隧道洞身设计及配筋计算过程案例 13951.1Ⅴ级围岩隧道洞身设计及配筋 1245741.1.1荷载计算 179811.1.2内力计算 210831.1.3配筋计算及检算 458071.2Ⅳ级围岩隧道洞身设计及配筋 8241061.2.1荷载计算 8321.2.2内力计算 946671.2.3配筋计算及检算 1041971.3Ⅲ级围岩隧道洞身设计及配筋 15253841.3.1荷载计算 157851.3.2内力计算 1568941.3.3配筋计算及检算 171.1Ⅴ级围岩隧道洞身设计及配筋1.1.1荷载计算根据分析并结合工程地质条件最终选定里程为K96+750处的断面作为Ⅴ级围岩计算截面，隧道开挖宽度B=6.3m，高度H=9.1m，埋深H1=20m。《铁路隧道设计规范》计算围岩松动压力的统计公式。式中，hq——等效荷载高度值；s——围岩级别，如Ⅲ级围岩，则s＝3；γ——围岩容重，kN/m3；ω——宽度影响系数，且；B——坑道的宽度，m；i——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。等效荷载高度值m，H1=20m时，，属于浅埋条件。计算浅埋隧道围岩压力此时1.1.2内力计算隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作用正是地下结构与地面结构的主要区别。根据本工程浅埋及松散地层的特点，使用阶段结构安全性检算采用“荷载—结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。计算软件中，组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相应的单元结点上。组合荷载包括：永久荷载、可变荷载、偶然荷载三种；具体计算模型见下图图5-1变形图图5-2内力图图5-3弯矩图1.1.3配筋计算及检算根据内力图知道：最大正弯矩为M＝181980N·m；轴力为N=804373N。最大负弯矩为M=-413717N·m；轴力为N=990423N；衬砌单元截面为b×h=1000mm400mm，考虑挠度影响的轴向力偏心距增大系数，对隧道衬砌取=1.0，衬砌混凝土等级为C25，混凝土弯曲抗压强=11.9Mpa，钢筋采用HRB335，抗拉、抗压强度=300MPa，=0.56。取=50mm，则=350mm。=1\*CHINESENUM3一、配筋计算1．结构承受最大正弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：M=181980N·mN=80437.3N初始偏心距e0:在弯矩作用方向，构件的长细比,所以属于短柱不考虑偏心距增大系数(即：η=1.0)。(2)判别大小偏心可得受压区高度ξ为：故可按大偏心受压计算。(3)求纵向钢筋面积由ξ=0.193，h0=350mm，得到受压区高度x：纵向钢筋面积为：由于所计算的配筋面积值为负，所以按最小配筋率配：按要求选择4φ16(=804mm2)(4)截面复核(在垂直于弯矩作用平面内的截面复核)由长细比，可得，则由公式：由于,所以满足要求。(在弯矩作用平面内的复核)as=a’s=50mm，，，假定为大偏心受压，即取可得到受压区高度：所以满足要求。所以，Ⅲ级围岩断面衬砌配筋结构为：4φ16(=804mm2)。间距为250mm。（5）箍筋配置封闭式箍筋选用φ8，满足直径大于d/4=4mm，且不小于8mm的要求。根据构造要求箍筋间距S应满足：S≤15d＝15×16=240mm，S≤b=450mm，故选用箍筋间距选用：S=250mm。2．结构承受最大负弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：M=413717N·mN=990423N初始偏心距e0:；大小偏心距的判别：按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：所以按大偏心计算。设纵向受拉钢筋的面积为As‘（离轴力N比较近）；离轴力比较远的钢筋面积为As根据平衡方程得：；；公式中：;为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：；联解以上方程得：式中：；；但根据规范要求，钢筋混凝土的配筋不得小于规定得最小配筋（构造配筋）。所以，此处按构造配筋：取：=；非少筋。非超筋。满足要求！以上是隧道衬砌的最大正弯矩和最大负弯矩的配筋计算，但对于一个就要承受最大正弯矩又要承受最大负弯矩的构件来说，它的上缘筋就应该是其承受最大负弯矩时的受拉筋，同样，它的下缘筋就应该是其承受最大正弯矩时的受拉筋。根据上面的计算可以得知：对于本设计衬砌的配筋应该同样是：4Φ20非少筋。非超筋。验算合格！1.1.4Ⅴ级围岩衬砌安全性评价：1.抗拉检算：由于，不需要检算抗压强度，只要检算抗拉强度和裂缝。根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的规定：隧道衬砌大偏心受压混凝土构件，在最后的检算主要是受拉裂缝的检算，主要裂缝检算合格，就可以不验算此项。2.裂缝验算：（1）、最大正弯矩裂缝检算因为：所以不需要进行裂缝验算。（2）、最大负弯矩裂缝检算因为：所以不需要进行裂缝验算。3.截面强度检算根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的有关规定：钢筋混凝土矩形截面的偏心构件（），其截面强度检算应按照以下公式进行：其中：K－安全系数，按规范有关规定采用；－混凝土弯曲抗压极限强度；—钢筋的抗拉或抗压计算强度；－受拉和受压区钢筋的截面面积；在本设计中，以上参数的取值为：（1）最大正弯矩K＝2.4，＝21.0MPa,=520MPa,,b=1000mm,x=101.73mm;代入计算有：左边＝436752N；右边＝2136330N左边<右边满足要求！（2）最大负弯矩相关参数如下：K＝2.4，＝21.0MPa,=520MPa,,b=1000mm，x=118mm带入计算有：左边=992920.8N右边=2478000N显然左边〈右边满足要求！对于本设计的衬砌配筋就按以上计算的选取，对称配筋每侧钢筋为4Φ18。1.2Ⅳ级围岩隧道洞身设计及配筋1.2.1荷载计算选定里程为K96+500处的断面作为Ⅳ级围岩计算截面，隧道开挖宽度B=6.3m，高度m，埋深13m《铁路隧道设计规范》计算围岩松动压力的统计公式。式中，hq——等效荷载高度值；s——围岩级别；γ——围岩容重，kN/m3；ω——宽度影响系数，且；B——坑道的宽度，m；i——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。等效荷载高度值m，m时，，属于深埋条件。垂直荷载水平荷载考虑水压力的作用后垂直荷载水平荷载拱顶处仰拱处1.2.2内力计算采用Midas结构分析软件对结构进行荷载分析并计算结果得隧道断面的变形图、轴力图、弯矩图。图5-4变形图图5-5弯矩图图5-6内力图1.2.3配筋计算及检算根据内力图知道：最大正弯矩为M＝985057N·m；轴力为N=5520200N。最大负弯矩为M=-965758N·m；轴力为N=5258220N；衬砌单元截面为b×h=1000mm500mm，考虑挠度影响的轴向力偏心距增大系数，对隧道衬砌取=1.0，衬砌混凝土等级为C25，混凝土弯曲抗压强=11.9Mpa，钢筋采用HRB335，抗拉、抗压强度=300MPa，=0.56。取=50mm，则=450mm。1．结构承受最大正弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：M=985057N·mN=5520200N初始偏心距e0:；大小偏心距的判别：所以按大偏心计算。设纵向受拉钢筋的面积为As‘（离轴力N比较近）；离轴力比较远的钢筋面积为As根据平衡方程得：；；公式中：;为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：；联解以上方程得：式中：；；取：非少筋。非超筋。满足要求2．结构承受最大负弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：M=-965758N·mN=5258220N初始偏心距e0:；大小偏心距的判别：所以按大偏心计算。设纵向受拉钢筋的面积为As‘（离轴力N比较近）；离轴力比较远的钢筋面积为As根据平衡方程得：；；公式中：;为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：；联解以上方程得：式中：；取：非少筋。非超筋。满足要求二．衬砌安全性评价：1．抗压强度检算：根据《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）的规定：混凝土矩形截面轴心和偏心受压构件的抗压强度应按照以下公式校核：其中：－混凝土的抗压极限强度；K－安全系数；B—截面宽度；H—截面厚度；φ—构件纵向弯曲系数；α—轴向力的偏心影响系数；由于，不需要检算抗压强度，只要检算抗拉强度和裂缝。2.裂缝验算：（1）最大正弯矩裂缝检算因为：所以不需要进行裂缝验算。（2）最大负弯矩裂缝检算因为：所以不需要进行裂缝验算。3截面强度检算根据《铁路隧道设计规范》的规定：钢筋混凝土矩形截面的偏心构件（），其截面强度检算应按照以下公式进行：其中：K－安全系数，按规范有关规定采用；－混凝土弯曲抗压极限强度；—钢筋的抗拉或抗压计算强度；－受拉和受压区钢筋的截面面积；在本设计中，以上参数的取值为：（1）最大正弯矩K＝2.4，＝21.0MPa,=520MPa,,b=1000mm,x=43.7mm;代入计算有：左边＝13248480N；右边＝91791000N;左边<右边满足要求！（2）最大负弯矩相关参数如下：K＝2.4，＝21.0MPa,=520MPa,,b=1000mm，x=442m带入计算有：左边=12619728N右边=19282000N左边〈右边满足要求！1.3Ⅲ级围岩隧道洞身设计及配筋1.3.1荷载计算根据分析隧道平面图、隧道纵断面图最终选定里程为DK8+950处的断面作为Ⅲ级围岩计算截面，隧道开挖宽度B=6.3m，高度Ht=9。1m，埋深38m《铁路隧道设计规范》计算围岩松动压力的统计公式。式中，hq——等效荷载高度值；s——围岩级别，如Ⅲ级围岩，则s＝3；γ——围岩容重，kN/m3；ω——宽度影响系数，且；B——坑道的宽度，m；i——以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，当B＜5m时，取i＝0.2，B＞5m时，取i＝0.1。等效荷载高度值，时，，属于深埋条件。垂直荷载水平荷载考虑水压力的作用后垂直荷载水平荷载拱顶处仰拱处1.3.2内力计算采用Midas软件对结构进行工况分析并计算得隧道断面的变形图、轴力图、弯矩图。图5-7变形图图5-8内力图图5-9弯矩图1.3.3配筋计算及检算根据内力图知道：最大正弯矩为M＝78331.8N·m；轴力为N=6189.73N。最大负弯矩为M=-15519.1N·m；轴力为N=147641N；衬砌单元截面为b×h=1000mm400mm，考虑挠度影响的轴向力偏心距增大系数，对隧道衬砌取=1.0，衬砌混凝土等级为C25，混凝土抗压强=11.9Mpa，钢筋采用HRB335，抗拉、抗压强度=300MPa，=0.56。取=35mm，则=365mm。1．结构承受最大正弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：M=78331.8N·mN=6189.73N初始偏心距e0:；所以要考虑附加偏心矩的影响，故取此时的初始偏心矩为：；大小偏心距的判别：按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：所以按小偏心计算。此时离纵向力较远的一侧钢筋取：由于故可不按离轴向力较远一侧混凝土先压坏情况验算面积选为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：＝0.56；取：41017；非少筋。非超筋。满足要求！2．结构承受最大负弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：M=-15519.1N·mN=147641N初始偏心距e0:；所以要考虑附加偏心矩的影响，故取此时的初始偏心矩为：；大小偏心距的判别：按《铁路隧道设计规范》（TB10003—2001）有：所以按大偏心计算。设纵向受拉钢筋的面积为As‘（离轴力N比较近）；离轴力比较远的钢筋面积为As根据平衡方程得：；；公式中：;为充分发挥混凝土的受压特点——补充如下方程：；联解以上方程得：式中：；；取：41017；非少筋。非超筋。满足要求！根据上面的计算可以得知：对于本设计衬砌的配筋