衬砌结构配筋验算.docx
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衬砌结构配筋验算
标题:
结构力学求解器
力计算
杆端力值(乘子=1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端1杆端2
----------------------------------------------------------------------------------
单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1-1032.97924-693.306249378.382553-1032.97924307.526482-26.7091646
2-1023.39674-471.727302-26.7091646-1023.39674525.66165929.7302473
3-1004.23207-469.39753829.7302473-1004.23207526.62426289.5328590
4-988.902575-551.90548789.5328590-988.902575449.426344-18.1300044
5-1000.69437-565.896587-18.1300044-1000.69437431.036862-159.189022
6-1013.91737-399.089265-159.189022-1013.91737599.86961851.2475614
7-1074.83393-224.99686451.2475614-1074.83393716.917676537.385053
8-1268.39253-175.450301537.385053-1268.39253-36.4010094315.997899
9-1235.10744-162.840644315.997899-1235.10744-24.3143844121.154323
10-1151.96132-368.679449121.154323-1151.96132229.604836-24.2601391
11-1124.92938-256.221479-24.2601391-1124.92938341.17285864.4317042
12-1095.23101-307.34740764.4317042-1095.23101289.84137046.1611543
13-1070.69410-244.98597346.1611543-1070.69410356.130483162.922416
14-1058.82235-313.310131162.922416-1058.82235283.933469132.260019
15-1024.49282-342.606797132.260019-1024.49282254.91421540.6548442
16-984.013372-360.24938640.6548442-984.013372238.274275-86.9316473
17-966.133938-268.993685-86.9316473-966.133938328.866329-24.3740449
18-1041.118458.87388684-24.3740449-1041.11845147.400147138.319908
19-1081.0045997.9440682138.319908-1081.00459236.328067485.966947
20-1084.36780-337.273751485.966947-1084.36780228.459609378.382553
-----------------------------------------------------------------------------------------------
(八)衬砌结构的配筋计算
根据结构计算的轴力、弯矩、剪力进行配筋计算与裂缝宽度的校核。
详细规定请参看JTGD70-2004附录K,以及相应的钢筋混凝土设计规。
配筋计算的流程应包括:
1配筋形式与截面尺寸的说明:
2偏心距的计算与大、小偏心的判定;
3大或小偏心情况下结构配筋计算;(应考虑弯矩作用平面的挠度对偏心距的影响)
4裂缝宽度验算
(1)配筋形式采用对称配筋。
材料:
C40混凝土,最小保护层厚度c=35mm,二衬厚度45cm,h0=600-35-15=550mm
取单位长度b=1000mm。
C40混凝土,α=1.0,Ra=29.5MPa,
Rw=36.9MPa,fc=19.1N/mm2;HRB335(d=28~40mm)钢筋,fy=300N/mm2
Rg=315MPa。
截面尺寸:
b=1000mm;h=600mm
钢筋:
HRB335(d=28~40mm);取d=32mm,
,
截面
轴力(KN)
剪力(KN)
弯矩(KN.m)
6
-1013.92
599.86
-159.18
8
-1268.39
-175.45
53.38
17
-966.13
328.86
-86.93
(2)配筋:
截面6:
①截面为矩形截面:
b=100cm,h=60cm;配筋形式采用对称配筋。
由计算结果知截面6:
M=-159.18.;N=-1013.92.
偏心距计算:
Ei=e0+ea=(159.18/1013.92)*1000+20=176.99mm
参看JTGD70-2004中的附录K中的容,对于隧道衬砌、明洞拱圈和墙背紧密回填的明洞边墙,以及当构件高度与弯矩作用平面的截面边长之比
时,取η=1
设计的基本计算公式如下:
①或
②
X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm<0.55h0=302.5mm
为大偏心受压
求
:
176.99+0.5*600-50=426.99mm
176.99-0.5*600+50=73.1mm
将.X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm代入②得
=2.4*1013.92*1000*426.99-36.9*1000*65.94*(550-65.94/2)
315*(550-50)
786.56mm
=786.56/(1000*600)=0.0013
故按最小配筋率配筋,配置6Φ25(
)
截面8:
①截面为矩形截面:
b=100cm,h=60cm;配筋形式采用对称配筋。
由计算结果知截面11:
M=537.38.;N=-175.45.
偏心距计算:
=(53.38/175.45)*1000+20=324mm
参看JTGD70-2004中的附录K中的容,对于隧道衬砌、明洞拱圈和墙背紧密回填的明洞边墙,以及当构件高度与弯矩作用平面的截面边长之比
时,取η=1
设计的基本计算公式如下:
X=KN/Rwb=2.4*1268.39*1000/(36.9*1000)=82.5mm
,为大偏心受压。
求
:
176.99+0.5*600-50=426.99mm
176.99-0.5*600+50=73.1mm
将.X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm代入②得
=2.4*1013.92*1000*426.99-36.9*1000*65.94*(550-65.94/2)
315*(550-50)
786.56mm
=786.56/(1000*600)=0.0013
故按最小配筋率配筋,配置4Φ28(
)
截面17
①截面为矩形截面:
b=100cm,h=60cm;配筋形式采用对称配筋。
由计算结果知截面11:
M=86.93.;N=328.86.
偏心距计算:
==(86.93/328.86)*1000+20=284.33mm
参看JTGD70-2004中的附录K中的容,对于隧道衬砌、明洞拱圈和墙背紧密回填的明洞边墙,以及当构件高度与弯矩作用平面的截面边长之比
时,取η=1
设计的基本计算公式如下:
284.33mm
为大偏心受压。
①或
②
X=KN/Rwb=2.4*966.13*1000/(36.9*1000)=62.84mm<0.55h0=302.5mm
求
:
176.99+0.5*600-50=426.99mm
将X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm代入②得
=2.4*1013.92*1000*426.99-36.9*1000*65.94*(550-65.94/2)
315*(550-50)
786.56mm
=786.56/(1000*600)=0.0013
故按最小配筋率配筋,配置4Φ28(
)
.
(3)垂直于弯矩作用平面强度的验算
根据长细比H/h查JTGD70-2004《公路隧道设计规》中表9.2.11-1,其中H为构件的高度,L为半拱轴线长度为25.03m,H=0.5L=12.515m,h为截面短边的边长(当轴心受压时)或弯矩作用平面的截面边长(当偏心受压时),H/h=21可得纵向弯曲系数ψ=0.61,则;根据
,查表9.2.11-2,得
:
KN=2.4*1268.39=3044.3
=16843.3KN
所以强度满足要求。
(4)斜截面抗剪验算
验算公式为:
KQ=2.4*599.86=1130.64
满足公式,所以不需要进行斜截面抗剪强度验算,按构造要求配置箍筋。
因为500 所以s取280mm。 b>350mm,n=4(四支箍) 箍筋配置Φ6280,四支箍。 (5)裂缝宽度验算 根据JTGD70-2004中附录K可求知,钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件,其最大裂缝宽度Wmax=α·ψ·γ(2.7CS+0.1d/Pte)σS/ES α——构件受力特征系数,对轴心受拉构件取α=2.7,对受弯和偏心受压构件取α=2.1,对偏心受拉构件取α=2.4; ψ——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数,ψ=1.1-0.65fctk/(PteσS),其中,Pte为按有效受拉混凝土面积计算的纵向受拉钢筋率,Pte=AS/Ace,当Pte<0.01时,取Pte=0.01; AS——受拉区纵筋面积; Ace——有效受拉混凝土截面面积,对受拉构件,Ace取构件截面面积,对受弯、偏心受压和偏心受拉构件,取Ace=0.5bh+(bf-b)h1,对矩形截面,取Ace=0.5bh(b、h分别为混凝土截面的宽度及高度),当ψ<0.4时,取ψ=0.4,当ψ>1时,取ψ=1,对直接承受重复荷载的构件,取ψ=1.0; γ——纵向受拉钢筋表面特征系数,螺纹钢筋取0.7,光面钢筋取1.0; CS——最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离(mm),当CS<20时,取CS=20; d——钢筋直径(mm),当采用不同直径的钢筋时,d=4AS/u,此处u为纵向受拉钢筋截面周长的总长; σS——纵向受拉钢筋的应力(MPa); ES——钢筋的弹性模量(MPa)。 各系数取值计算如下: 1、纵向受拉钢筋表面特征系数γ=0.7; 2、构件受力特征系数α=2.1; 3、有效受拉混凝土截面面积Ace=0.5bh=0.5×1000×600=300000mm2 4、按有效受拉混凝土面积计算的纵向受拉钢筋率 =AS/Ace=2463/300000=0.00821<0.01,取 =0.01 5、纵向受拉钢筋的应力σS=NS(e-z)/(AS·z),其中,e为轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点之间的距离,为541.33mm,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(h0/e)2]h0=[0.87-0.12(0.55/0.54133)2]×0.55 =0.411m<0.87h0=0.87×0.55=0.479m σS=1439.65×103(541.33-411)/(2463×411)=185.35MPa 6、Pte=0.006,则裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数 ψ=1.1-0.65fctk/(PteσS) =1.1-0.65×2.7/(0.01×185.35)=0.153<0.4 取ψ=0.4 故将个参数代入,可得最大裂缝宽度 Wmax=α·ψ·γ(2.7CS+0.1d/Pte)σS/ES =2.1×0.4×0.7(2.7×35+0.1×28/0.01)×185.35/210000 =0.194mm<0.2mm 裂缝宽度合格。
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