鋼筋混凝土地下通道課程設計

1、 地下通道課程設計5/24/2012設計人：張逸帆地地下混凝凝土課程程設計題目：鋼筋筋混凝土土地下通通道設計計學院：土木木工程班級：099級（111）班班姓名：張逸逸帆學號：09909997指導老師：柳獻一、設計題題目（1）設計計任務1、將某淺淺埋地下下通道結結構進行行結構設設計。2、確定結結構構件件的截面面尺寸。3、確定結結構的計計算簡圖圖。4、各構件件的荷載載、內力力及配筋筋計算。5、手繪和和計算機機繪制結結構配筋筋圖。（2）基本本資料某淺埋地下下通道結結構尺寸寸示意圖圖如下所示。1、埋置深深度：33.5mm。2、地下水水位：自自然地面面以下11.0mm。3、土層：粉質質粘土，重重度、內內

2、摩擦角角、粘聚聚力分別別為1=188kN/m3，c1=100kN/m2，1=155。土層：淤淤泥質粘粘土，重重度2=177kN/m3，計算算時考慮慮內摩擦擦角和粘粘聚力分分別在一一定范圍圍內變化化：c2=100155kN/m2，2=815。4、土層厚厚度以埋埋置深度度為界。5、地面超超載：330kNN/m22。6、水土壓壓力分項項系數(shù)：1.22。7、地面超超載荷載載分項系系數(shù)：11.2。8、混凝土土強度等等級為CC30；重度為為25kkN/mm3 ；彈彈性模量量為1.4104MPaa；泊松松比為00.1667。9、鋼筋等等級為HHPB3335。10、地基基變形模模量為550MPPa；泊泊松比為

3、為0.33。（3）計算算假定1、結構剛剛度遠大大于地基基土的剛剛度。2、不考慮慮結構側側向位移移。3、計算時時忽略加加腋的影影響。4、考慮荷荷載最不不利組合合。（4）參考考規(guī)范1、混凝凝土結構構設計規(guī)規(guī)范GBB500010-201102、公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范JTGG D662-2200443、公路路橋涵地地基與基基礎設計計規(guī)范JTTGD663-2200774、公路路橋涵設設計通用用規(guī)范JTTG DD60-200045、建筑筑結構制制圖標準準GBTT50110520001二、荷載計計算（1）頂板板荷載計計算1、覆土壓壓力：q土=ihi2、水壓力力：q水=ihw3

4、、頂板自自重：qG= d=250.6=15kN/m4、底面超超載：q=30kkN/mm2綜上所述，q頂=1.2（2）板底底荷載計計算q底=q頂+1.2PL=129.6+1.2(20.6+0.4)13（3）地基基反力計計算地下通道結結構剛度度遠大于于地基土土的剛度度，故假假定地基基反力為為直線分分布。q反=q底+1.2d=167.54 kN（4）側墻墻荷載計計算根據(jù)朗肯主主動土壓壓力計算算方法，計計算土中中側向土土壓力。并并且用土土水分算算法，計計算側向向水壓力力。1、側向土土壓力主動土壓力力P其中ka為主動動土壓力力系數(shù)頂板處土壓壓力P =底板處土壓壓力P =由于計算時時，要考考慮內摩摩擦角和

5、和粘聚力力分別在在一定范范圍內變變化：c2=100155kN/m2，2=815，Ka=0.55900.766（正切切曲線在在0445內單調調遞增）考慮荷載的的不利組組合土壓壓力與內內摩擦角角和粘聚聚力值有有關，當使頂板板跨中正正彎矩最最大：cc、值取大大值，側側墻水土土壓力變變小當使側墻墻跨中正正彎矩最最大：cc、值取小小值，側側墻水土土壓力變變大即求上兩式式的最大大與最小小值的問問題。當Ka=0.776，c2=100kN/m2，2=8，主動動土壓力力取最大大值：頂板處土壓壓力Pa1=70.1ka底板處土壓壓力Pa2=112.1ka當Ka=0.559，c2=15kN/m2，2=15，主動動土壓

6、力力取最小小值：頂板處土壓壓力Pa1=70.1ka底板處土壓壓力Pa2=112.1ka2、側向水水壓力頂板處水壓壓力Pw1=w底板處水壓壓力Pw2=w綜上所述,最小側側壓力為為：P側1=P側2=最大側壓力力為：P側1=P側2=三、內力計計算（1）彎矩矩分配法法計算內力力1、計算簡簡圖地下通道縱縱向較長長，橫向向較短，結結構所受受荷載沿沿縱向的的大小近近于不變變，故在在不考慮慮結構縱縱向不均均勻變形形的情況況下，將將此結構構按照平平面應變變問題處處理。沿縱向取單單位長度度（1mm）的截截條，當當做閉合合框架計計算，忽略加加腋的影影響。忽略中隔墻墻面積稍稍小于其其他墻體體，將桿桿件簡化化為等截截面

7、桿。同時，由于中隔墻剛度相對較小，側向力并不十分大，認為中隔墻與上下板的連接方式為鉸接，即只能承受軸力的二力桿。計算跨度取取中軸線線中心至至中心距距離。得得，側墻墻計算跨跨度6mm，頂板板與地板板計算跨跨度為66.2mm。在彎矩分配配時，不不考慮線線位移的的影響，所所以除中中隔墻之之外所有有構件EEA認為為無窮大大，EII=1.410101120.631=252000kNNm2。對中由荷載計算算可見，頂頂板荷載載和地基基反力并并不平衡衡，但由由于側壁壁摩阻力力存在，使使其保持持平衡。所所以在側側壁下設設置活動動鉸支座座。同時時在中隔隔墻下，設設置鉸支支座。運用結構力力學求解解器，其其代碼如如下

8、：最小側摩摩阻力：結點,1,-6.2,0結點,2,0,00結點,3,6.22,0結點,4,-6.2,6結點,5,0,66結點,6,6.22,6單元,1,2,11,1,1,11,1,1單元,2,3,11,1,1,11,1,1單元,1,4,11,1,1,11,1,1單元,4,5,11,1,1,11,1,1單元,5,6,11,1,1,11,1,1單元,6,3,11,1,1,11,1,1單元,2,5,11,1,0,11,1,0結點支承,1,11,0,0結點支承,3,33,0,0,00結點支承,2,11,0,0單元荷載22,4,5,33,1229.66,0,1,990單元荷載22,1,2,-3,1167

9、.54,0,11,900單元荷載,3,55,1004.77,377.922,0,1,990單元荷載,6,55,377.922,1004.77,0,1,990單元材料性性質,11,6,-1,25220000,0,0,-1單元材料性性質,77,7,840000000,11,0,0,-1最大側摩摩阻力：結點,1,-6.2,0結點,2,0,00結點,3,6.22,0結點,4,-6.2,6結點,5,0,66結點,6,6.22,6單元,1,2,11,1,1,11,1,1單元,2,3,11,1,1,11,1,1單元,1,4,11,1,1,11,1,1單元,4,5,11,1,1,11,1,1單元,5,6,11

10、,1,1,11,1,1單元,6,3,11,1,1,11,1,1單元,2,5,11,1,0,11,1,0結點支承,1,11,0,0結點支承,3,22,0,0,00結點支承,2,11,0,0單元荷載22,4,5,33,1229.66,0,1,990單元荷載22,1,2,-3,1167.54,0,11,900單元荷載,3,55,1229.336,444.444,00,1,90單元荷載,6,55,444.444,1229.336,00,1,90單元材料性性質,11,6,-1,25220000,0,0,-1單元材料性性質,77,7,840000000,11,0,0,-1其計算簡圖圖如下：2、內力計計算（

11、最最小側壓壓力）彎矩圖剪力圖軸力圖3、內力計計算（最最大側壓壓力）彎矩圖剪力圖軸力圖（2）彈性性地基梁梁計算內內力1、計算簡簡圖考慮到上部部結構與與土體共共同工作作。采用用超靜定定結構的的上部剛剛架結構構與彈性性地基梁梁底板作作為基本本結構。將將上部結結構與底底板分開開計算，再再按照切切口處反反力或變變形相等等，用位位移法或或力法解解出切口口處的未未知位移移或未知知力，并并繪制出出內力圖圖。計算簡圖如如下：（計計算跨度度、荷載載同彎矩矩分配法法計算簡簡圖）其結構力學學求解器器中代碼碼如下：結點,1,-6.2,00結點,2,0,00結點,3,6.22,0結點,4,-6.2,66結點,5,0,66

12、結點,6,6.22,6單元,1,4,11,1,1,11,1,1單元,4,5,11,1,1,11,1,1單元,5,6,11,1,1,11,1,1單元,6,3,11,1,1,11,1,1單元,2,5,11,1,0,11,1,0結點支承,1,44,0,0,00結點支承,3,44,0,0,00單元材料性性質,11,4,-1,25220000,0,0,-1單元材料性性質,55,5,840000000,11,0,0,-12、內力計計算該結構的力力法方程程式簡化化為：其中，iij的意意義為jj對應的的單位力力作用下下引起ii處的位位移。包括兩部分分的位移移，一是是在上部部剛架上上，單位位力j引起i處發(fā)生生的

13、位移移ij；二二是在單單位力jj作用下下，考慮慮彈性地地基引起起的位移移引起的的i處發(fā)生生的位移移bij。即ij的的表達式式為：同理，iip也是是有兩部部分組成成。如下式，ip是上上部剛架架在外荷荷載作用用下產生生的位移移（不包包括底板板）；而而bip是底板按按彈性地地基梁在在外荷載載q作用下下算出的的對應于于單位力力i 的位位移。即ip的的表達式式為：ijj與ip的計計算根據(jù)結構力力學知識識，ij與ip可通通過圖乘乘法計算算。在X1作用用下的彎彎矩圖（XX1=11）在X2作用用下的彎彎矩圖（XX2=11）在外荷載作作用下的的彎矩圖圖(由于側壁壁彎矩很很小，取取最小側側壓力，使使頂板和和底板彎

14、彎矩最大大進行驗驗算)由X1作用用下的彎彎矩圖（X1=1）、X2作用下下的彎矩矩圖（X2=1）、外外荷載作作用下的的彎矩圖圖，經過過圖乘法法的計算算，得：11=12=-21=-22=1P=2P=-bij的的計算將底板看作作彈性地地基梁，其其柔度指指標：=其中，k為為地基基基床系數(shù)數(shù)，根據(jù)據(jù)基礎礎工程設設計原理理表11-1 取k=550000KN/m3；b=1m；EI=1.410101120.6因此，=4kb4EI=則l=0.25613=3.328，按照基基礎工程程設計原原理中中彈性地地基梁的的分類，按按無限長長梁計算算。彎矩以順時時針方向向為正，剪剪力以向向下為正正。X1對應的的彈性地地基梁（

15、梁梁高0.6m）計計算模型型為：根據(jù)基礎礎工程設設計原理理表33-4，在在集中力力偶作用用下A點處轉轉角及FF點豎向向位移為為：w其中Cx=e-x(cosx-sinx)，Dx=e-xcosx均為為x的函數(shù)數(shù)，其值值可根據(jù)據(jù)x另外，統(tǒng)一一剛度的的單位，得得bk=50000KNN/m22=0.002EII。帶入公式，得得：wX2 對應應的彈性性地基梁梁（梁高高0.66m）計計算模型型為：根據(jù)基礎礎工程設設計原理理表33-4，在在集中力力作用下下A點處轉轉角及FF點豎向向位移為為：w其中Ax=e-x(cosx+sinx)，Dx=e-xsinx均為為x的函數(shù)數(shù)，其值值可根據(jù)據(jù)x另外，統(tǒng)一一剛度的的單位

16、，得得bk=50000KNN/m22=0.002EII。帶入公式，得得：w外荷載對應應的彈性性地基梁梁（梁高高0.66m）計計算模型型為：其中F=q根據(jù)基礎礎工程設設計原理理表33-4，在在集中力力作用下下A點處轉轉角及FF點豎向向位移為為：w其中Ax=e-x(cosx+sinx)，Dx=e-xsinx均為為x的函數(shù)數(shù)，其值值可根據(jù)據(jù)x另外，統(tǒng)一一剛度的的單位，得得bk=50000KNN/m22=0.002EII。帶入公式，得得：w根據(jù)上述可可求（注注意到彎彎矩、軸軸向力符符號均要改變）：bbbbbb由此可解出出力法方方程：解得：X11=2887.55KNm；X2=5200.1KKN上部結構彎

17、彎矩圖如如下：下部彈性地地基梁受受到彎矩矩和軸力力的共同同作用，根據(jù)基礎工程設計原理表3-4，對于半無限限長梁，在集中力作用下和彎矩作用下，其彎矩分別為：MM對于無限長長梁，在在集中力力作用下下，其彎彎矩為：M經過計算，中中隔墻下下最不利利彎矩為為：Mmax=372.46可以看到，相相比起用用彎矩分分配法算算得的彎彎矩，用用彈性地地基梁法法計算的的彎矩明明顯小。在在底板的的彎矩計計算中，尤尤其的明明顯，中中隔墻下下彎矩只只有彎矩矩分配法法的一半半左右。（3）設計計彎矩、剪剪力、軸軸力考慮到安全全因素，在在計算設設計彎矩矩、剪力力、軸力力，以及及之后的的配筋過過程中，均均按照彎彎矩分配配法算得得

18、的內力力進行計計算。易知，最大大彎矩均均出現(xiàn)在在中軸線線處。然然而，底底板與頂頂板與側側墻與中中隔墻現(xiàn)現(xiàn)澆在一一起。截截面剛度度相對較較大，危危險截面面一般出出現(xiàn)支座座邊緣。所以，要計計算設計計彎矩、剪剪力和軸軸力。1、頂板與與側墻交交點（側側壓力最最大）：M上=MM側=MQ上Q側2、頂板與與中隔墻墻交點（側側壓力最最?。篗上=MQ上3、底板與與側墻交交點（側側壓力最最大）：M下=MM側=MQ下Q側4、底板與與中隔墻墻交點（側側壓力最最?。篗底=MQ上底（4）抗浮浮驗算取1m寬板板帶，進進行驗算算。Q浮Q自重Q上覆土所以：K=在安全范圍圍內。四、配筋計計算（1）材料料參數(shù)根據(jù)公路路鋼筋混混

19、凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范JTGG D662-220044中規(guī)定定：C30等級級混凝土土抗壓強強度設計計值：ffcd=13.8N/mm22C30等級級混凝土土抗拉強強度設計計值：fftd=1.339N/mm22HPB3335等級級鋼筋強強度設計計值：ffyd=2280NN/mmm2除中隔墻外外均按照照壓彎構構件進行行配筋，中中隔墻按按照受壓壓構件進進行配筋筋。采用對稱配配筋的形形式，示示意圖如如下：（2）跨中中正截面面配筋計計算（除除中隔墻墻外）1、截面尺尺寸構件AB與與CD長度度為l=6.22m，構構件ADD長度為為l=66 m。截面高度hh6000mm。截面寬度bb10000

20、mmm，考慮到結構構為地下下建筑物物，鋼筋筋保護層層厚度一一般至少少要增大大10mmm,取取保護層層厚度400mm，取取as55mm。2、確定小小偏心還還是大偏偏心對于C300等級混混凝土，HPB335等級鋼筋，界限相對受壓區(qū)高度b控制內力Nb=在內力計算算中得到到的軸力力都遠小小于控制制內力，構構件均認認為是大大偏心構構件。要選取彎矩矩大而軸軸力小的的情況進進行驗算算。經比較，選選出下列列情況：對E點，MM=2449.998KNNm；N=1168.08KKN對F點，MM=522.944KNm；N=3375.47KKN對G點，MM=3116.334KNNm；N=2259.78KKN3、配筋計計

21、算(采用對對稱配筋筋)根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第5.3.110條規(guī)規(guī)定，計計算偏心心受壓構構件正截截面承載載力時，對對長細比比l0/i17.5的構構件，應應考慮構構件在彎彎矩作用用平面內內的撓曲曲對軸向向力偏心心距的影影響，將將軸向力力對截面面重心軸軸的偏心心距e0乘以偏偏心距增增大系數(shù)數(shù)，相關關公式如如下：其中：e l00為構件件計算長長度，對對兩端固固定的構構件取00.5ll。E截面e由于l0i17.5，考慮慮放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)

22、規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際配筋取取2002000，AS=15570.8mmm2。F截面e由于l0i17.5，考慮慮放大2=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際

23、配筋取取2002000，AS=15570.8mmm2。G截面e由于l0i17.5，考慮慮放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際配筋取取222000，AS=19000.667mmm2。（3）節(jié)點點正截面面配筋計計算1、截面尺尺寸構件AB與與CD長度度為l=6.22m，構構件ADD長度為為l=66 m。截

24、面高度hh6000mm。截面寬度bb10000mmm，考慮到結構構為地下下建筑物物，鋼筋筋保護層層厚度一一般至少少要增大大10mmm,取取保護層層厚度400mm，取取as55mm。2、確定小小偏心還還是大偏偏心由于由計算算簡圖算算出的內內力為節(jié)節(jié)點處內內力，而而實際的的不利截截面是側側墻邊緣緣處的截截面，對對應此截截面的彎彎矩即為為設計彎彎矩，在在之前已已經求出出。對于C300等級混混凝土，HPB335等級鋼筋，界限相對受壓區(qū)高度b控制內力Nb=在內力計算算中得到到的軸力力都遠小小于控制制內力，構構件均認認為是大大偏心構構件。要選取彎矩矩大而軸軸力小的的情況進進行驗算算。經比較，選選出下列列情

25、況：對BA點，M=3888.555KNm；N=1168.08KKN對AB點，M=1866.477KNm；N=1168.08KKN對AD點，M=2377.477KNm；N=3668.661KNN對DA點，M=2833.822KNm；N=3668.661KNN對DC點，M=2333.422KNm；N=2559.778KNN對CD點，M=5199.788KNm；N=2559.778KNN3、配筋計計算(采用對對稱配筋筋)根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第5.3.110條規(guī)規(guī)定，計計算偏心心受壓構構件正截截面承載載力時，對對長細比比l0/i17.5的構構件，應應考慮構構

26、件在彎彎矩作用用平面內內的撓曲曲對軸向向力偏心心距的影影響，將將軸向力力對截面面重心軸軸的偏心心距e0乘以偏偏心距增增大系數(shù)數(shù)，相關關公式如如下：其中：e l00為構件件計算長長度，對對兩端固固定的構構件取00.5ll。BA截面面e由于l0i17.5，考慮慮放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際配筋取

27、取2001000，AS=31441.66mm2。AB截面面e由于l0i17.5，考慮慮放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際配筋取取2002000，AS=15770mmm2。AD截面面e由于l0i17.5，考慮慮放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力

28、力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際配筋取取2002000，AS=15770mmm2。DA截面面e由于l0i17.5，考慮慮放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際配筋取取2002000，AS=15770mmm2。DC截面面e由于l0i17.5，考慮慮放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根據(jù)公路路鋼筋混混凝土及及預應力力混凝土土橋涵設設計規(guī)范范規(guī)范范第9.1.112條規(guī)規(guī)定，軸軸心受壓壓構件和和偏心受受壓構件件全部縱縱筋配筋筋率不得得小于00.5%；同時時，一側側鋼筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉區(qū)和和受壓區(qū)區(qū)配筋率率都取00.255%。A實際配筋取取222000，AS=1