第四章-配筋計(jì)算

1、中南大學(xué)本科生畢業(yè)論文 第4章第4章 地鐵區(qū)間結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)4.1配筋計(jì)算方法與設(shè)計(jì)理論 通過(guò)flac程序求得所取三個(gè)控制截面上的彎矩M、軸力N和剪力值Q后，取最不利截面進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。地鐵鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 的設(shè)計(jì)的主要依據(jù)通常是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 ，不過(guò)為了提高構(gòu)件的抗沖擊性能，都是采用雙筋截面設(shè)計(jì)，計(jì)算的時(shí)候可以作為附加壓筋考慮。 截面上除彎矩M外，同時(shí)還有軸力N，因此大多數(shù)構(gòu)件都是屬于壓彎構(gòu)件，配筋計(jì)算主要是按照偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行。 管片采用錯(cuò)縫拼裝， 每個(gè)管片的位置并不是唯一不變的，所以管片的配筋都應(yīng)該按最不利截面 的內(nèi)力進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此管片的配筋是一樣的。4.4.1 構(gòu)件正截面的承載力設(shè)計(jì)（1

2、） 偏心距的計(jì)算 計(jì)算偏心距 偏心距的計(jì)算公式為： （4-1） 式中 -初始偏心距； -軸向壓力對(duì) 截面重心的偏心距，； -附加偏心距，。 偏心距增大系數(shù) 在本設(shè)計(jì)中取。(2) 大小偏心的判斷 在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以按以下辦法初步判斷： 當(dāng)，按小偏心 受壓計(jì)算。 當(dāng)，按大偏心 受壓計(jì)算。（3） 對(duì)偏心受壓截面承載力的計(jì)算 基本假設(shè): 截面應(yīng)變分布滿足 平截面假設(shè)； 不計(jì)混凝土的 抗拉強(qiáng)度； 受壓區(qū)混凝土的 極限壓應(yīng)變 大偏心： 圖4-1 大偏心受壓構(gòu)件的截面計(jì)算圖式基本計(jì)算公式 大偏心屬于受拉破壞，由力矩平衡條件 得到兩個(gè)基本公式: （4-2） （4-3） 其中，適用條件a. 以保證混凝土壓碎

3、 前受拉鋼筋的應(yīng)力達(dá)到屈服；b. 以保證混凝土壓碎 前受壓鋼筋的應(yīng)力達(dá)到屈服。小偏心：計(jì)算公式 小偏心屬于受壓破壞，由 力矩平衡條件得出截面的計(jì)算公式如下： （4-4） （4-5） 其中，的計(jì)算 在式（4-4）中，是一個(gè)未知數(shù)，原則上 可根據(jù)平截面假定由相應(yīng)的應(yīng)變求得。地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范 根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果，提出近 似地用下面的簡(jiǎn)化公式計(jì)算。 （4-6）式中，按表4-1取值。當(dāng)，才采用上計(jì)算式。 表4-1 構(gòu)件相對(duì)界限受壓區(qū)高度取值鋼筋等級(jí)HPB2350.614HRB3350.550HRB4000.518 表4-2 最小配筋率鋼筋分類混凝土強(qiáng)度及以下軸心受壓構(gòu)件的全部0.40.4偏心受壓0.20.

4、2受彎及大偏心0.150.2小偏心每側(cè)0.150.2（4）非對(duì)稱配筋 由于地鐵隧道管片基本是對(duì)稱配筋，因此此項(xiàng)可不考慮。（5） 對(duì)稱配筋 在對(duì)稱配筋時(shí)只要在非對(duì)稱配筋計(jì)算公式中令即可，由混凝土教材對(duì)稱配筋時(shí)鋼筋截面面積計(jì)算步驟可歸納為 若，則 若，則 若，則表明截面為小偏心受壓，需要重新計(jì)算x或，4.1.2 構(gòu)件斜截面的抗剪承載力設(shè)計(jì)（1） 驗(yàn)算截面尺寸 構(gòu)件的截面尺寸一般先由正截面承載力和剛度條件確定，然后進(jìn)行斜截面抗剪承載力的計(jì)算，首先按式（4-17）進(jìn)行截面尺寸復(fù)核。如果不滿足要求，則應(yīng)該增大截面尺寸或加大混凝土強(qiáng)度等級(jí)。 當(dāng) 當(dāng) （4-7） 當(dāng)，Q直線內(nèi)插(2) 驗(yàn)算是否需配置腹筋 一

5、般情況下的矩形、T形和I形截面梁 承受集中荷載為主的矩形、T形及I形截面梁 則沒(méi)有必要受剪承載力計(jì)算，僅根據(jù)公式（4-8）結(jié)構(gòu)要求的箍筋，否則，應(yīng)按計(jì)算配置腹筋。 （4-8） （3） 計(jì)算箍筋數(shù)量 對(duì)于矩形、T形及I形截面梁 （4-9） 對(duì)于承受集中荷載為主的矩形、T形及I形截面梁 （4-10） 表4-3 箍筋最小直徑條件箍筋最小直徑h250mm4mm250h800mm6mmh>800mm8mm有計(jì)算的縱向鋼筋時(shí)D/4 表4-4 箍筋最大間距梁高h(yuǎn)(mm)150<h<300200mm300<h<500300mm500<h800350mmh>800500

6、mm 求出后，根據(jù)表4-3和4-4的構(gòu)造要求，選定箍筋肢數(shù)n,單肢箍筋的截面面積和間距 由此可得到箍筋面積。配筋率應(yīng)該滿足 （4-11） （4） 計(jì)算彎起鋼筋 判定下式的條件是否滿足 （4-12）如果滿足，則不需要配置彎起鋼筋，否則，需要配置。 如果還需配置彎起鋼筋，由于箍筋面積已經(jīng)確定，由公式（4-13）可求彎起鋼筋的面積 （4-13） （4-14）其中 4.1.3 裂縫寬度驗(yàn)算 最大裂縫寬度計(jì)算公式： （4-15） 式中 構(gòu)件受力特征 系數(shù)，本設(shè)計(jì)因?yàn)槭瞧氖軌簶?gòu)件取2.1。 縱向鋼筋應(yīng)變 不均勻系數(shù) （4-16） 鋼筋截面處 鋼筋應(yīng)力 （4-17） （4-18） 受拉區(qū)縱向鋼筋 的等效直

7、徑 （4-19） 按照有效受拉混凝土截面 面積計(jì)算時(shí)候的縱向鋼筋配筋率 （4-20） 最大裂縫寬度應(yīng)滿足的最終計(jì)算值的“標(biāo)準(zhǔn)”的規(guī)定。4.1.4結(jié)構(gòu)配筋構(gòu)造設(shè)計(jì)要求 地下鐵道區(qū)間襯砌配 筋主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行的計(jì)算配筋。為了使結(jié)構(gòu)在使用環(huán)境下的安全性 和耐久性等到達(dá)要求，結(jié)構(gòu)配筋往往 要滿足很多構(gòu)造方面的要求。（1） 鋼筋一般要求 鋼筋直徑 鋼筋和預(yù)制鋼筋骨架的形狀尺寸，應(yīng)考慮加大，運(yùn)輸和基坑內(nèi)施工的安全和方便，受力鋼筋直接一般不宜大于32mm，小于14mm,一般構(gòu)造鋼筋不小于12mm，箍筋直徑不小于8mm。 鋼筋保護(hù)層 由于地下施工條件比較差和結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于被包圍在水土之中的條件，要求地下鐵

8、道結(jié)構(gòu)必須具有一定的保護(hù)層厚度，來(lái)防止鋼筋直接受水土腐蝕，影響結(jié)構(gòu)功能的正常使用。受力鋼筋的保護(hù)層厚度一般取40-50mm，構(gòu)造鋼筋保護(hù)層厚度要大于等于20mm。 鋼筋間距 框架板、墻構(gòu)件中，受力鋼筋間距小于等于250mm，梁受力鋼筋的 水平凈距要大于鋼筋直徑或30mm。（2） 箍筋 形式和肢數(shù)箍筋形式有 封閉式和開口式兩種，一般梁采用封閉式。箍筋有單肢和雙肢等。（3）其它 因?yàn)楣芷穷A(yù)制構(gòu)件，在拼裝過(guò)程中吊裝孔附近會(huì)承受較大的局部作用力，因此需設(shè)置吊裝孔螺旋加強(qiáng)筋。而且，注漿孔處設(shè)注漿孔螺旋筋，手孔附近設(shè)螺栓孔加強(qiáng)筋和螺栓孔分布筋等。 4.2配筋設(shè)計(jì)計(jì)算方法4.2.1計(jì)算方法通過(guò)flac程序

9、輸出襯砌管片最不利截面的內(nèi)力，包括彎矩M、軸力N、剪力Q，將內(nèi)力導(dǎo)入excel表格，先計(jì)算x,在判斷按照哪種計(jì)算公式計(jì)算配筋面積，按照雙筋配置管片，具體見附錄。其中主筋采用HRB335鋼筋，fy=300N/mm²，混凝土fc=23.1N/mm²,as取50mm。通過(guò)excel表格計(jì)算可以得出，采用第二個(gè)公式計(jì)算出鋼筋面積，其中最大值346mm²，但是小于構(gòu)造要求配筋面積，即0.2%×b×h=0.002×1500×400=1200mm²，按照直徑20mm的HRB335鋼筋，可配4根，但是考慮到需要超筋配置，即配8根。 4.3管片鋼筋布置 圖4-2 管片配筋注漿孔處剖面圖 由4.2可知，實(shí)際配置鋼筋時(shí)候受壓區(qū)和受拉區(qū)都是8根直徑為20mm的HRB335鋼筋。其中，圖4-4是A型管片的注漿孔處剖面圖，可知，受壓和受拉區(qū)都是配置8根鋼筋，來(lái)承受主要荷載，還配置了箍筋、螺栓孔吊筋、注