內(nèi)力圖-地鐵盾構(gòu)計(jì)算書

1、O8O81.設(shè)計(jì)荷載計(jì)算1.1結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖q=20kNf人工填土 =18kNn?褐黃色粘上 =19.1kNm3o灰色砂質(zhì)粉上S =18.7kNm3灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土 =18kNm3 c=12.2kPa =8.9灰色淤泥質(zhì)粘上 =17.1kNm3C= 12.1 kPa =7.2raO OO O5 25 6503圖1-1結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖如圖，按照要求，對灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘上上層厚度進(jìn)行調(diào)整：h灰=1350 +849 *50 = 438007/WHe按照課程設(shè)汁題目，以下只進(jìn)行基本使用階段的荷載計(jì)算。1.2隧道外羽荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算(1) 自重 g = h = 25 0.35 = nSkNln

2、r(2) 豎向土壓若按一般公式：q = YlYihi =180.5 + 81.0 + 9.11.0 + &7x3.5+ 48.8x8 = 446.95 KN由 于 /-1h=l. 5+1. 0+3. 5+43. 8=48. 8mD=6. 55m,屬深埋隧道。應(yīng)按照太沙基公式或普氏公式計(jì)算豎向上壓：a太沙基公式：B-cBJ _ ,vlann I-TrIanPl= 1一 垃 + qe %tan托中.BO = ctan(22.50+4) = 3.1tan(22.50 +7.7 /4) = 6.83加（加權(quán)平均值0 =8.90 X 1.645 +7.20 X 4.205585則:PlI= 6.83(8

3、-12.2/6.83)_廣等窗)廣券辭9)tan 8.9= 189.02rVzrb普氏公式：Pu=-/= -8 7,92= 269 73 KN / 亦3 tan? 3 tan 8.9取豎向土壓為太沙基公式計(jì)算值，即：PC=I892KW/匚(3)拱背土壓 G = 2(1 - )/?;z = 2(l-) 2.9252 X 7.6 = 2&IlkNIm44其中： =1.645x8.0 + 1.28x71.645+1.28（4）側(cè)向主動(dòng)土壓qe = (PeI + 加) tan2 (450 - - 2c tan(450 -號)JrlIH PrI = 189.02K7V/?28 X 1.645+ 7. I

4、x 4.205585= IAKNIm38.9o1.645 +7.2o4.2O55.8512.2xl.645+12.1x4.205 = I25.857 707 70則：qd =189.02tan2(45-)-212.1tan(450 一一 ) = 121.00KN/2 27 77 7qr2 = (189.02 + 7.4 5.85) tan2 (450 -)-212JXtan(45-一 = EOGKNhn?2 2(5)水壓力按靜水壓考慮：a 豎向水壓：PWI =ZWHWI= 9.8 48.8 = 478.24 fV/zz2b 側(cè)向水壓：qwl =/WHWI =9.848.8 =478.24 KN

5、Zm2qw2 二 wHw2 = 9.8 (48.8 +5.5) =532.14 KNlmI（6）側(cè)向上壤抗力襯砌圓環(huán)側(cè)向地層（彈性壓縮量：%=（需;黑怎嚴(yán)叭1 O O 35其中：襯砌圓環(huán)抗彎剛度取H = 3.45 IO7 X -=123265 6KNn2襯砌圓環(huán)抗彎剛度折減系數(shù)取 =0.7:_ 2X(189.02 + 478.24)-(139.19+ 478.24) - (154.06+ 532.14)2.9254 則24 X (0.7 X123265.6 + 0.0454x 2000OX 2.925)2261.113666008.57= 0.617103nqr 二 ky = 20000 0.

6、617 IO 3 = 12.35CV,2（7）拱底反力PR =Pd+g + 0.2146Rc-Rcw其中：Pd=I89.02KN/加2g = S.15kNm21.6458.0 + 1.287.11.645 + 1.28= 1.6KNlmi與拱背丄壓對應(yīng)189.028.750.21462.9557.62.95510 = 174.91/（8）荷載示意圖的杭力M FiiB 抗 J)jL(=i7X （上対水分離if勢圖圓環(huán)外鬧荷載示意圖2內(nèi)力計(jì)算2.1用荷載-結(jié)構(gòu)法按均質(zhì)圓環(huán)訃算襯砌內(nèi)力取一米長度圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算，英中荷載采用設(shè)計(jì)值，即考慮荷載組合系數(shù)。計(jì)算結(jié)果如下表（已考慮荷載組合系數(shù)）: 隧道圓環(huán)內(nèi)力

7、計(jì)算結(jié)果:表2-1截面/度內(nèi)力垂直荷載水平荷載水平三角荷載地基抗力自重每米內(nèi)力Pe+PQeIQriqec+qc-qc-qq=k g800. 71719. 0910 1. 3514. 8210. 50OM/KNm1712. 65-1538. 06-93. 00-15. 0930. 9797. 47ON/KN0.002103. 3395. 3S15. 33-5. 12220& 93OQ/KN0.000.000. 000.000. 000.008M/KNm1646. 30-1478.48-90. 28-14. 6529. 9592. 848N/KN45. 362062. 5994. 4515. 18

8、-4.472213. 118Q/KN-322. 78289. 8813. 272. 13496-12. 5440.5M/KNm267. 92-240. 61-27.18-4. 357. 673. 4640.5N/KN987. 851216. 1869.2011.6610.212295. 1040. 5Q/KN1156. 621038. 7259. 109. 9519. S3-29. 0273M/KNm-1419. 851275. 1178.0714.51-25.51-77. 6773N/KN2141. 88179. 8016. 722. 9135. 922377. 2573Q/KN-654.

9、84588. 0854. 689.6116. 3413. 8790M/KNm-1712. 651538. 06111.6019. IS-35. 28-79. 0890N/KN2342. 080. 000. 000. 0048. 242390. 3390Q/KN0. 000. 0019. 080.005. 1224. 20105.5M/KNm-1468. 031318. 38109. 1514. 09-33. 74-60. 16105.5N/KN2174. 82150. 217.263. 6S52.482388. 45105.5Q/KN603. 13-541.65-26 17-13.2719.

10、1141. 15138M/KNm179. 02-160. 77-0. 73-3. 571.2415. 18138N/KN1048. 631161.60101.4211. 3931. 942354. 98138Q/KN1164. 63-1045. 91-91.3210. 2634.6772. 33159M/KNm1272. 75-1143.00-91.38-12. 1128. 2954.54159N/KN300. 791833. 21177.3014.3113. 14233& 74159Q/KN783. 58-703. 70-68. 065. 1923.6140. 92180M/KNm1712.

11、 65-1538. 06-130. 20-15. 0939. 586& 88180N/KN0. 002103. 33209. 8515. 335. 122333. 62180Q/KN0.000. 000. 000. 000. 000. 00內(nèi)力（紅色線條）分布圖如下:圖22軸力分布圖（受壓KN）3. 標(biāo)準(zhǔn)管片但)配筋計(jì)算3.1截而及內(nèi)力確定由上述內(nèi)力計(jì)算，取8。截而處內(nèi)力進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。根據(jù)修正慣用法中的n-法，由于縱縫接頭的存在而導(dǎo)致結(jié)構(gòu) 整體剛度降低，取圓環(huán)整體剛度為：I l.OO.35?7“日=0.7X3.45 10, = 86285 92KN 212而管片的內(nèi)力：MV =( + )M =

12、 (1 + 0.3)x92.84 = 120.69KNNV = TV = 2213 .IlKN/120.69e0 = - = 57 nun3.2環(huán)向鋼筋計(jì)算假設(shè)為大偏心構(gòu)件。NSi 2213.11k = 1 a = a = 50HUn e = keu +彳- = 1.1x57+ 175 - 50 = 1 S7.1mm?。?。2N = bxRw.Ne = bxRw (o - ) + & R； (h.-a,)采用對稱配筋：2其中：b = lOoOmmRW =23.1 N/rnrn 2.Rl= 3OONmm2,鋼筋選用HRB335鋼，則由0匕 2390.33 IO3 =IOOOxxx 23.12390

13、.33103l87.7 = IOOOxX23.1(300-) + A X300(300一50)2 &得：(2a, = I(Xhnm) (X = 103.48) (0.55IJO = 165 mm) 確力才-偏匚、由此算出：心取 Alr =AlR =0.2%XI(X)OX300=600/“F選配 4B14 (As=615. 75 mm：)。3.3環(huán)向彎矩平而承載力驗(yàn)算(按偏心受壓驗(yàn)算)N5 =N = 2390.33 KNK)i = (65180龍 2925)/101 =32.8查混凝丄結(jié)構(gòu)基本原理表44,得軸心受壓穩(wěn)左系數(shù)： = 0.98IOQ1 5()A = 2615.75= 1231.50r

14、 Pf =一一 N 滿足要求。/3.4箍筋計(jì)算 根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理，按照偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算。V = 72.33X7V65 /_- 2925剪跨比：兄=一= ll.l3.0Ao300故取 = 3.0。矩形截而鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件斜截而抗剪承載力：1 75A7九+幾 d%+007Rz + lS其中：ft一一混凝土抗拉強(qiáng)度(l89Nmm2)fyv鋼筋抗剪承載力(HPB235級，210Nmm2)NC軸向壓力(要求0.3t A )檢驗(yàn)軸壓力上限：0.3t A = 0.323.Ix 1000 X 350 = 2425 .5KN NC = 2390 33KN又由：匕而 xl89xlx3 + 07x2

15、390.33xl0=415.38KNU=7233KV 既不需要計(jì)算配箍，按構(gòu)造 要求即可。根拯混凝土結(jié)構(gòu)基本原理中所述構(gòu)造要求，選配四肢箍A8200o4. 基本使用階段驗(yàn)算4.1抗浮驗(yàn)算盾構(gòu)隧道位于含地下水的上層中時(shí)受到地下水的浮力作用，故需驗(yàn)算隧道的抗浮穩(wěn)泄性，用抗浮系數(shù):其中：隧道自重G拱背上壓力P一垂直荷載RJ一一井壁與上壤間摩擦力Q水浮力 則：g2g+G + (pn+pG2Rc忒 YW= 15.28.75 2 2.925 + 28.72 + 667.26 2 2.925/F X 2.925-10（注：上述計(jì)算中由于相對于垂直荷載摩擦力非常小，為計(jì)算簡便，將摩擦力忽略不計(jì)） 滿足要求。4

16、.2管片局部抗壓驗(yàn)算由于管片連接時(shí)在螺栓上施加預(yù)應(yīng)力，故需驗(yàn)算螺栓與混凝上連接部位的局部抗壓強(qiáng)度。 在于應(yīng)力作用下，混凝土所受到的局部壓應(yīng)力：Na其中：N螺栓預(yù)應(yīng)力（同上，取280KN）An螺帽（或墊片）與混凝土接觸凈而積，取:Al =兀(13()2一312)4= 12518.46M2280000 ? ,c = 22ANlInnr RW = 23AN/mrr則：t 12518.46M即需在螺帽下設(shè)豊一總厚度的內(nèi)徑為32mm、外徑為13Omm的鋼圓環(huán)墊片。4.3管片裂縫驗(yàn)算取最大彎矩處進(jìn)行裂縫驗(yàn)算（即0。截面），此處滿足要求，則其他位苣亦可滿足。根據(jù)橋涵規(guī)范6.4.4條: I （妨 b）h fh

17、650180ir2.9250.35=9.48 14,取 s=1.0 ,=竺 50 = 125，21.3x97.472208.93 1000+125 = 182.36InmtZ = 0.87-0.12(1-0(2o= 0.87- 0.12(2130=163.57 InmM(q -Z) 239O.331O3 (182.36-163.57) OOXr z .6 =-=445.8&V/廠AM615.75163.57再根據(jù)橋涵規(guī)范6.4.3條：裂縫寬度：W 戎=C1C2C3%( 30 + dES 0.28+ 10p其中：CI鋼筋表而形狀系數(shù)（對帶肋鋼筋取1.0 ）C2作用長期影響系數(shù)（取l+0.5N1N

18、s=1.5 ）C3一一與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)（取0.9 ）P 配筋率(0.6 p 0.2Irlm2.0IO5 0.28 + 100.006不滿足要求，需增加鋼筋。經(jīng)汁算，鋼筋改配為6B16即可滿足要求，驗(yàn)算過程如下： =N,Cr） = 239033x2xZZ6357） = 227.59N/加SS A（Z1206.37163.57,貝 I： Wf, =LOXI.50.9 227Ir9 （巴二匕）=0.2Omm 0.2mn 滿足要求。2.0 IO5 0.28 + 10x0.006同理，對標(biāo)準(zhǔn)管片進(jìn)行驗(yàn)算，也需增加配筋為6B16。綜上所述，襯砌管片的配筋量由裂縫要求控制。彎矩越小，裂縫越大？4.4

19、管片接縫張開驗(yàn)算管片拼裝之際由于受到螺栓（ 8.8級），在接縫上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力：其中：NI螺栓預(yù)應(yīng)力引起的軸向力（由鋼結(jié)構(gòu)基本原理取280KN）eo一一螺栓與重心軸偏心距（取25mm）F、W襯砌截而面積和截面距當(dāng)接縫受到外荷載，由外荷載引起的應(yīng)力:c2=- -F W其中：N2、M2外荷載，由外荷載引起的內(nèi)力F、W襯砌截而面積和截面距選取最不利接縫截而（8。力計(jì)算如下：=QASINlmmI280000280000x2535O 1000 16 1000 3502S=歸-歸-F W= 2213lW7 x 92.84XK)IMN/加 35O1OOOl61000 3502均為壓力，接縫不會張開。 由此可得接

20、縫變形量：E其中：E防水涂料抗拉彈性模雖：（取3IPa）1涂料厚度（取5mm）則： b 2 0.457 + 2.69/ =1 =5 = 3.72mm = 3mnEl 3若用兩只螺栓：E-0.457x2 + 2.6935 = -2.96UIm = 3mm即環(huán)向每米寬度內(nèi)選用兩只螺栓即可滿足要求。 4.5縱向接縫強(qiáng)度驗(yàn)算近似地把螺栓看作受拉鋼筋，由此進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算:。a負(fù)彎矩接頭（73宀截而）：N = 2377.25kNM = -77.67 0.7 = -54.37kN mM7754.372377.25=0023打由:YX=ON + N=Rwbx2377.25 103 + 2 280000 =23.1 IOOOxxX = 127. mm 1.552377.2510 81滿足要求。5. 構(gòu)造說明(1) 混凝土保護(hù)層厚度地下結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是外側(cè)與上、水相接觸，內(nèi)測相對濕度較高。故受力鋼筋保護(hù)層厚度最小厚度比地而機(jī)構(gòu)增加5 zvIOmm 本設(shè)計(jì)中c=40mro(