内力图地铁盾构计算书Word下载.docx
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(加权平均值)
则:
b普氏公式:
取竖向土压为太沙基公式计算值,即:
(3)拱背土压。
(4)侧向主动土压
,
(5)水压力按静水压考虑:
a竖向水压:
b侧向水压:
(6)侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层(弹性)压缩量:
衬砌圆环抗弯刚度取
衬砌圆环抗弯刚度折减系数取;
(7)拱底反力
,与拱背土压对应则:
(8)荷载示意图
图1-2圆环外围荷载示意图
2.内力计算
用荷载-结构法按均质圆环计算衬砌内力
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):
隧道圆环内力计算结果:
表2-1
截面/度
内力
垂直荷载
水平荷载
水平三角荷载
地基抗力
自重
每米内力
pe1+pw1
qe1+qw1
qe2+qw2-qe1-qw1
qk=kδ
g
M/KNm
N/KN
Q/KN
8
73
90
138
159
180
内力(红色线条)分布图如下:
图2-1弯矩分布图(KNm)
图2-2轴力分布图(受压KN)
图2-3剪力分布图(KN)
3.标准管片(B)配筋计算
截面及内力确定
由上述内力计算,取80截面处内力进行内力计算。
根据修正惯用法中的η-ξ法,由于纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低,取圆环整体刚度为:
而管片的内力:
;
环向钢筋计算假设为大偏心构件。
取:
;
采用对称配筋:
钢筋选用HRB335钢,则
由此:
得:
确为大偏心。
由此算出:
选配4B14(A/g=615.75mm2)。
环向弯矩平面承载力验算(按偏心受压验算)
查《混凝土结构基本原理》表4-1,得轴心受压稳定系数:
取
满足要求。
箍筋计算
根据《混凝土结构基本原理》,按照偏心受压构件进行计算。
剪跨比:
故取。
矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力:
ft——混凝土抗拉强度(mm2)
fyv——钢筋抗剪承载力(HPB235级,210N/mm2)
Nc——轴向压力(要求)
检验轴压力上限:
又由:
既不需要计算配箍,按构造要求即可。
根据《混凝土结构基本原理》中所述构造要求,选配四肢箍A8@200。
4.基本使用阶段验算
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:
G/——隧道自重
G——拱背土压力
P——垂直荷载
Rj——井壁与土壤间摩擦力
Q——水浮力
(注:
上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小,为计算简便,将摩擦力忽略不计)
管片局部抗压验算
由于管片连接时在螺栓上施加预应力,故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。
在于应力作用下,混凝土所受到的局部压应力:
N——螺栓预应力(同上,取280KN)
An——螺帽(或垫片)与混凝土接触净面积,取:
即需在螺帽下设置一定厚度的内径为31mm、外径为130mm的钢圆环垫片。
管片裂缝验算
取最大弯矩处进行裂缝验算(即00截面),此处满足要求,则其他位置亦可满足。
根据桥涵规范6.4.4条:
,取ηs=,
;
再根据桥涵规范6.4.3条:
裂缝宽度:
C1——钢筋表面形状系数(对带肋钢筋取)
C2——作用长期影响系数(取1+Ns=)
C3——与构件受力性质有关的系数(取)
——配筋率()
不满足要求,需增加钢筋。
经计算,钢筋改配为6B16即可满足要求,验算过程如下:
同理,对标准管片进行验算,也需增加配筋为6B16。
综上所述,衬砌管片的配筋量由裂缝要求控制。
弯矩越小,裂缝越大
管片接缝张开验算
管片拼装之际由于受到螺栓(级),在接缝上产生预应力:
N1——螺栓预应力引起的轴向力(由《钢结构基本原理》取280KN)
e0——螺栓与重心轴偏心距(取25mm)
F、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:
N2、M2——外荷载,由外荷载引起的内力
选取最不利接缝截面(80),计算如下:
均为压力,接缝不会张开。
由此可得接缝变形量:
E——防水涂料抗拉弹性模量(取3MPa)
l——涂料厚度(取5mm)
若用两只螺栓:
即环向每米宽度内选用两只螺栓即可满足要求。
纵向接缝强度验算
近似地把螺栓看作受拉钢筋,由此进行强度验算。
a负弯矩接头(73截面):
由:
为大偏心受压,则:
b正弯矩接头(8截面处):
5.构造说明
(1)混凝土保护层厚度
地下结构的特点是外侧与土、水相接触,内测相对湿度较高。
故受力钢筋保护层厚度最小厚度比地面机构增加5~10mm。
本设计中c=40mm。
(2)横向受力钢筋
为便于施工,将横向钢筋与纵向分布钢筋制成焊网。
外侧横向钢筋为一闭合钢筋圈,内侧钢筋则沿横向通常配置。
(3)分布钢筋
由于考虑混凝土的收缩、温差影响、不均匀沉降等因素的作用,必须配置一定数量的纵向分布钢筋。
纵向分布钢筋的配筋率:
顶、底板应大于%,对侧墙应大于%,则本设计的纵向分布钢筋:
顶、底板(一侧):
,配B12@250(As=452mm2);
侧墙(一侧):
,配B14@250(As=616mm2);
中墙(一侧):
,配B12@250(As=452mm2)。
(4)箍筋
断面厚度足够,不用配置箍筋。
(5)刚性节点构造
框架转角处的节点构造应保证整体性,根据此处钢筋的布置原则,此点构造说明如下:
a沿斜托单独配置直线钢筋B12@200;
b沿着框架转角处外侧的钢筋,其钢筋弯曲半径R=200mm>18×
10=180mm;
c为避免在转角部分的内侧发生拉力时,内侧钢筋与外侧钢筋无联系,是表面混凝土容易脱落,故在角部配置箍筋B12@100
(6)锚固长度
根据桥涵规范9.1.4条规定,取:
受压钢筋:
la≥25d=25×
18=450mm;
受拉钢筋(直端):
la≥30d=30×
18=540mm,la≥30d=30×
12=360mm;
受拉钢筋(弯钩端):
la≥25d=30×
18=450mm。
(7)端部钢筋弯起
根据桥涵规范9.1.5条,并考虑施工方便,端部钢筋弯起均取为50mm。
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