车站结构设计Word格式.docx
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掌握平面简化模型的计算简图、主动荷载及荷载的组合方式、地层抗力及其如何在计算中体现;
通过实际操作,掌握有限元建模、划分单元、施加约束、施加荷载的方法;
掌握地下矩形框架结构的内力分布特点,并根据结构内力完成配筋工作。
为毕业设计及今后的实际工作做理论和实践上的准备。
2、设计规范及参考书
1、《混凝土结构设计规范》
2、《地下铁道》(高波主编,西南交通大学出版社)
3、《混凝土结构设计原理》教材
4、计算软件基本使用教程相关的参考书(推荐用ANSYS)
3、课程设计方案
3.1方案概述
某地铁车站采用明挖法施工,结构为矩形框架结构,结构尺寸参数详见表1-1。
车站埋深3m,地下水位距地面3m,中柱尺寸0.8m×
0.8m,纵向柱间距8m。
为简化计算,围岩为均一土体,土体参数详见1-2,采用水土分算。
路面荷载为(超载系数1.1),钢筋混凝土重度,中板人群与设备荷载分别取、。
荷载组合按表1-3取用,基本组合用于承载能力极限状态设计,标准组合用于正常使用极限状态设计。
要求用电算软件完成结构内力计算,并根据《混凝土结构设计规范》完成墙、板、柱的配筋。
图1-1地铁车站横断面示意图(单位:
mm)
表1-1地层物理力学参数
编号
重度
弹性反力系数
内摩擦角
内聚力
A1
17
300
20
——
A2
17.5
21
A3
18
22
A4
18.5
23
A5
19
24
A6
19.5
25
A7
26
表1-2结构尺寸参数(单位:
m)
跨度L
顶板厚h1
中板厚h2
底板厚h3
墙厚T
中柱
B1
6.5
0.6
0.4
0.8×
0.8
B2
0.65
B3
0.7
B4
0.75
B5
B6
7
B7
B8
B9
B10
0.85
B11
7.5
B12
B13
B14
B15
0.9
B16
8
0.5
B17
B18
B19
B20
0.95
B21
8.5
B22
B23
B24
B25
B26
9
B27
B28
B29
B30
表1-3荷载组合表
组合工况
永久荷载
可变荷载
水土压力
水浮力
人防荷载
地震荷载
基本组合
1.35
1.4
标准组合
1.0
3.2主要材料
1、混凝土:
板、墙用C30,柱子C40;
弹性模量和泊松比查规范。
2、钢筋根据《混凝土结构设计规范》选用。
4、课程设计基本流程
1、根据提供的尺寸,确定平面计算简图(重点说明中柱如何简化);
2、荷载计算。
包括垂直荷载和侧向荷载,采用水土分算;
不考虑人防荷载和地震荷载。
侧向荷载统一用朗金主动土压力公式。
荷载组合本次课程设计只考虑基本组合和标准组合两种工况。
3、有限元建模、施加约束、施加荷载、运行计算以及计算结果的提取。
注意土层约束简化为土弹簧,需满足抗压不抗拉的特性,即弹簧轴力不能为正。
另要求计算结果必须包括结构变形、弯矩、轴力、剪力。
4、根据上述计算结果进行结构配筋。
先根据基本组合的计算结果进行承载能力极限状态的配筋,然后根据此配筋结果检算正常使用极限状态(内力采用标准组合计算结果)是否通过?
若通过,则完成配筋;
若不通过,则调整配筋量,直至检算通过。
5、完成计算说明书。
第二章平面结构计算简图及荷载计算
1、中柱的简化
考虑地铁车站的长度远大于其宽度,可作为平面应变问题来考虑,框架结构沿纵向取一延米来进行计算。
由于中立柱在纵上的不连续性,将柱按照刚度等效的原则换算为墙进行计算。
然后以等效的墙厚为b的墙代替柱来进行平面框架有限元计算,所求得的“墙”内力即为柱的内力并以此来进行配筋及强度验算。
本设计中有:
即,得b=0.08m.
2、墙和板的简化
由于墙和板在空间是连续结构,取其中心线,平面结构如图2-1。
图2-1平面结构简图(单位mm)
3、截面特性
计算宽度沿纵向取1米,即B=1米
1.顶板:
C30砼B=1mh=0.65m
2.中板:
C30砼B=1mh=0.4m
3.底板:
4.侧墙:
C30砼B=1mh=0.6m
5.柱:
C40砼0.8m×
0.8m
6.结构和围岩的相互作用用link10来实现,考虑到土体受力特性(不能受拉),将link10的option选项设置为compressiononly,B=1m,h=0.745m
4、截面尺寸
平面尺寸的截面尺寸如下2-2
图2-2横断面尺寸图(单位m)
5、荷载计算
5.1车站横断面计算简图
地基对结构的弹性反力用弹簧替代。
作用在主体结构上的荷载如下图2-3所示
图2-3荷载计算简图
5.2荷载基本组合值计算
1、垂直荷载
(1)顶板垂直荷载:
路面均布荷载:
垂直土压力:
顶板垂直荷载设计值为:
(2)中板垂直荷载:
2、侧向荷载
本设计采用水土分算
侧压力系数:
侧墙顶板处压力:
侧墙底处埋深:
侧墙底板处土压力:
水压力:
底板处侧压力:
将荷载乘以各分项系数:
顶板处侧压力设计值:
底板处侧压力设计值:
3、水浮力:
4、纵梁荷载:
顶板垂直荷载设计值:
顶板自重:
纵梁承受的荷载:
5.3荷载标准组合
1.垂直荷载
顶板垂直荷载标准值:
中板垂直荷载标准值:
2.侧向荷载
侧墙顶板处侧压力:
3.水浮力:
4.纵梁荷载纵梁承受的荷载:
第三章结构内力计算
1、有限元建模
运用ansys计算主体结构横断面的内力
2、计算结果
1基本组合
计算结果如下
图3-1标准断面结构轴力图(基本组合)
图3-2标准断面结构剪力图(基本组合)
图3-3标准断面结构弯矩图(基本组合)
2标准断面结构内力(基本组合)
构件
弯矩/(kN.m)
轴力/kN
剪力/kN
尺寸
顶板上缘
355.57
177.86
403.81
1000650
顶板下缘
303.66
中板上缘
238.53
1060
283.26
1000400
中板下缘
40.32
底板上缘
270.95
1010
690.43
底板下缘
1100
侧墙迎土面
630.70
896.3
1000600
侧墙背土面
698.19
630.7
940.81
800800
表3-1标准断面结构内力表(基本组合)
3标准组合
图3-4标准断面结构轴力图(标准组合)
图3-5标准断面结构剪力图(标准组合)
图3-6标准断面结构弯矩图(标准组合)
4标准断面结构内力(标准组合)
315.16
129.9
321.17
225.61
167.1
778.68
211.695
265.43
245.81
756
374.51
862.42
546.61
672.17
501
762.55
表3-2基本断面结构内力表(标准组合)
第四章结构(墙、板、柱)配筋计算
1、车站顶板上缘的配筋计算
截面尺寸
弯
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