地下建筑结构课程设计 - - 隧道盾构施工(1)

《地下建筑结构课程设计》 ----软土地区地铁盾构隧道

计

算

书

姓 名： 臧小平

班 级： 勘查0902

学 号： 0609104203

指导教师： 李志高（老师） 福建工程学院土木工程系

岩土教研室 2012年6月

目录

1 荷载计算-------------------------------------3 1.1 结构尺寸及地层示意图-----------------------3 1.2 隧道外围荷载标准值-------------------------3 1.2.1 自重--------------------------------3 1.2.2 均布竖向地层荷载----------------------4 1.2.3 水平地层均布荷载----------------------4 1.2.4 按三角形分布的水平地层压力--------------5 1.2.5 底部反力-----------------------------5 1.2.6 侧向地层抗力--------------------------5 1.2.7 荷载示意图----------------------------6 2 内力计算---------------------------------------6 3 标准管片配筋计算--------------------------------8 3.1 截面及内力确定-----------------------------8 3.2 环向钢筋计算--------------------------------8 3.3 环向弯矩平面承载力验算-----------------------11 4 抗浮验算-------------------------------------10 5 纵向接缝验算--------------------------------12 5.1 接缝强度计算------------------------------12 5.2 接缝张开验算------------------------------14 6 裂缝张开验算------------------------------15 7 环向接缝验算----------------------------16

1

8 管片局部抗压验算-----------------------------17 9 参考文献-------------------------------18

2

一. 荷载计算

1.1结构尺寸及地层示意图

q=20kN/m2500100015008KL173L273B2138D350550062003501388人工填土????kN/m3褐黄色粘土??????kN/m3745512802925灰色淤泥质粘土??????kN/m3c=12.kPa ?????B13500灰色砂质粉土??????kN/m3图1-1 结构尺寸及地层示意图

如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：

1355?203?30?7445mm

1.2隧道外围荷载标准值计算 1.2.1自重

g??h??25KN/m3?0.35m?8.750KN1645灰色淤泥质粉质粘土????kN/m3c=12.2kPa ?????m2

?h-钢筋混凝土自重；?管片厚度；

3

1.2.2均布竖向地层荷载 ①竖向地层荷载：

q???h?0.5?18?1?8?1?9.1?3.5?8.7?7.455?8?116.19KNm1i?1iin2 ②地面超载：

q2?20KNm2

③近似均布拱背土压力：

2G0.43R?ib0.43?3.12?7.606?1?5.070KN2 q3?2R?2R?m2?3.1其中：

?i?1.645?8.0?7.1?1.28?7.606KN3m 1.645?1.28123q?q?q?q??116.19?20?5.070?141.26KNm2

1.2..3水平地层均布荷载

22?qtan(45?)?2ctan(45?) P122?其中：

???衬砌圆环侧向各个土层的土壤重度 ?--内摩擦角

C--粘聚力的加权平均值

??8?1.645?7.1?4.205?7.353KN/m3

5.858.90?1.645?7.20?4.205???7.6780

5.85c?12.2?1.645?12.1?4.205?12.128kPa5.85

则：

4

7.67807.67800P1?141.26?tan(45?2)?2?12.128tan(45?2)?82.701KPa

201.2.4按三角形分布的水平地层压力

P2?2RH?7.6780tan(45?)?2?2.925?7.353?tan(45?)?32.876KPa22

2?20其中：

1.2.5拱底反力

RH?3.1?3.1?0.35?2.925m2

PR?q??g?11?141.26???8.75??2.925?10?154.01KPa ?2RHw21.2.6侧向土层抗力

PK?ky(1?2cos?)

其中：

1.0×0.353?123265.625KN?m2 衬砌圆环抗弯刚度:EJ?3.45?10?127衬砌圆环抗弯刚度折减系数:??0.3； 则：

y?(2q?P1?P2??g)RH24?(?EJ?0.045kRH)44?

4(2?142.140?89.417?32.875?8.75??)?2.925?3?5.618?10m4424?(0.3?123265.625?0.045?2?10?2.925)?3?ky(1?2cos?)?20000?5.618?10?112.360KPa Pkmax?3?ky(1?2cos?)?20000?5.618?10?(1?2)??46.541KPa Pkmin取PK?65.819KPa

5

1.2.7荷载示意图

图1-2 圆环外围荷载示意图

二、 内力计算

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）：

6

g?1.2?8.75?10.5kN/m2123

m2

q?1.2q?1.4q?1.2q?1.2?116.190?1.4?20?1.2?5.070?173.512KNPP1?1.2?82.701?99.241KN?1.2?32.876?39.451KNm2 m2 m2 m2

2PPR?1.2?154.01?184.812KN?1.2?65.819?78.983KNK隧道圆环内力计算结果

荷 重 均布竖向截面/度 g(kN/㎡) 10.5 0 18 36 54 72 90 0 0.314 0.628 0.942 1.256 1.570 M kN.m 44.917 38.401 20.341 -5.023 -31.360 -51.241 -57.340 -43.679 -6.735 53.736 134.302 -15.356 -11.627 -1.094 14.366 31.925 48.206 59.779 63.670 57.839 41.537 N KN RH(m) 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 2.925 q(kN/㎡) 173.512 443.867 365.363 157.627 -106.410 -335.864 -455.617 -432.007 q(kN/㎡) ㎡) 99.241 ㎡) 184.812 ㎡) 39.451 -35.440 -30.263 -15.426 6.193 28.349 42.174 39.913 19.944 -10.541 ㎡) 78.983 -80.414 -68.731 -34.824 17.763 74.578 102.241 65.439 -46.542 -34.824 -68.731 -80.414 81.691 77.696 66.104 46.688 17.299 0.000 17.347 46.833 64.931 77.696 57.517 53.288 17.297 -23.591 -47.119 -58.109 -80.585 -133.101 -38.419 8.444 54.462 969.857 973.079 1008.643 1054.863 1084.508 1101.617 1121.903 1128.613 1113.183 1097.162 弧度 水平均布水压 荷载 P1(kN/底部反力 PR(kN/△水平压力 P2(kN/Pk引起的圆环内力 Pk(kN/每米内力 内力自重 轴线半径 地层荷载 108 1.884 126 2.198 144 2.512 162 2.826 180 3.140 0 18 36 54 72 90 0 0.314 0.628 0.942 1.256 1.570 108 1.884 126 2.198 144 2.512 162 2.826 -25.667 -212.267 -77.478 -10.432 -171.768 -69.283 0.802 6.939 7.377 2.074 -8.452 -65.723 65.401 171.569 212.267 171.966 66.044 -65.080 -45.500 -8.453 38.233 89.994 139.897 159.853 91.930 -265.550 -23.171 27.475 418.415 869.040 -53.797 -2.750 131.658 300.305 442.211 507.479 499.408 442.500 342.320 208.665 -40.644 -59.163 -171.369 -126.531 -37.914 -76.916 -212.266 -530.342 -48.941 573.621 558.386 547.151 541.015 540.577 545.880 556.406 571.125 588.598 607.116 290.280 262.588 190.079 100.421 27.828 0.000 27.556 99.982 57.301 54.499 46.368 33.703 17.742 0.046 -42.674 -116.933 36.118 34.287 28.377 18.366 6.926 0.006 4.081 21.438 47.050 70.010 189.639 -177.194 262.316 -170.178 7

180 3.140 15.510 2.925 54.606 624.869 290.279 -58.160 79.276 81.691 1088.070

根据表格所示，在1260度时轴力最大和弯矩最大

三、 标准管片配筋计算 3.1 截面及内力确定

由上述内力计算，取M?-133.10 1KN?m，N?1128.613KN进行内力计算，衬砌管片同时受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。简化模型为b=1000mm，h=350mm，保护层厚度取50mm。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：

EJZ--衬砌圆环抗弯刚度3.1

?55.202m4JP??JZ?2.752??2?d???2?43.12.75

J2P?27.601m4

?EJ?0.6?3.45?107?27.061?56.016?107KN?m2而管片的内力： a.最大负弯矩时：

MS?(1??)M?(1?0.3)?113.101?147.031KN?m

NS?N?1128.613KN

b.最大正弯矩时：

MS?(1??)M?(1?0.3)?57.517?74.772KN?m

N

S?N?969.857KN

8

3.2 环向钢筋计算 3.2.1按最大负弯矩配筋 假设为大偏心构件:

e0?MNSS?168.470?130.276mm

1128.613ea?20mm，ei?20?130.276?150.276mm

取：??1.1

a?a??50mmss

e??ei?h?as?1.1?150.276?175?50?290.304mm 2采用对称配筋：N??1fcbx

其中：b=1000mm，fc=23.1N/mm2，?1?1.00 钢筋选用HRB335钢，则：f?y=300N/mm2 由此：1136.758?103?1000?23.1?x 得：x?49.210mm?0.55h0?165mm

x?49.210mm?2a?s?100mm

近似取：

x?2a?s?100mm

确为大偏心。对A?S取矩：

A?A?SS?N(?e?f?yh?)2as(h0?as)

1128.613?103?(1.1?290.304?175?50)??2924.378mm2

300?(300?50)由此算出：

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/g6bt.html