城市地下建筑结构课程设计计算书.doc

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1、地下建筑结构课程设计计算书一. 荷载计算1.1结构尺寸及地层示意图图1-1 结构尺寸及地层示意图1.2隧道外围荷载标准值计算1.2.1自重 -钢筋混凝土自重；管片厚度；1.2.2均布竖向地层荷载竖向地层荷载： 地面超载：近似均布拱背土压力：其中： 1.2.3水平地层均布荷载其中：则：1.2.4按三角形分布的水平地层压力其中： 1.2.5拱底反力1.2.6侧向土层抗力其中：衬砌圆环抗弯刚度:衬砌圆环抗弯刚度折减系数:；则：取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）： 隧道圆环

2、内力计算结果截面/度弧度内力 荷 重自重轴线半径均布竖向地层荷载水压水平地层均布荷载底部反力水平压力Pk引起的圆环内力每米内力g(kN/)RH(m)q(kN/)q(kN/)P1(kN/)PR(kN/)P2(kN/)Pk(kN/)10.52.925173.51299.241184.81239.45178.983 00 M kN.m44.917 2.925 443.867 -25.667 -212.267 -77.478 -35.440 -80.414 57.517 180.314 38.401 2.925 365.363 -10.432 -171.768 -69.283 -30.263 -68.

3、731 53.288 360.628 20.341 2.925 157.627 0.802 -65.723 -45.500 -15.426 -34.824 17.297 540.942 -5.023 2.925 -106.410 6.939 65.401 -8.453 6.193 17.763 -23.591 721.256 -31.360 2.925 -335.864 7.377 171.569 38.233 28.349 74.578 -47.119 901.570 -51.241 2.925 -455.617 2.074 212.267 89.994 42.174 102.241 -58

4、.109 1081.884 -57.340 2.925 -432.007 -8.452 171.966 139.897 39.913 65.439 -80.585 1262.198 -43.679 2.925 -265.550 -23.171 66.044 159.853 19.944 -46.542 -133.101 1442.512 -6.735 2.925 27.475 -40.644 -65.080 91.930 -10.541 -34.824 -38.419 1622.826 53.736 2.925 418.415 -59.163 -171.369 -126.531 -37.914

5、 -68.731 8.444 1803.140 134.302 2.925 869.040 -76.916 -212.266 -530.342 -48.941 -80.414 54.462 00N KN-15.356 2.925 -53.797 573.621 290.280 57.301 36.118 81.691 969.857 180.314 -11.627 2.925 -2.750 558.386 262.588 54.499 34.287 77.696 973.079 360.628 -1.094 2.925 131.658 547.151 190.079 46.368 28.377

6、 66.104 1008.643 540.942 14.366 2.925 300.305 541.015 100.421 33.703 18.366 46.688 1054.863 721.256 31.925 2.925 442.211 540.577 27.828 17.742 6.926 17.299 1084.508 901.570 48.206 2.925 507.479 545.880 0.000 0.046 0.006 0.000 1101.617 1081.884 59.779 2.925 499.408 556.406 27.556 -42.674 4.081 17.347

7、 1121.903 1262.198 63.670 2.925 442.500 571.125 99.982 -116.933 21.438 46.833 1128.613 1442.512 57.839 2.925 342.320 588.598 189.639 -177.194 47.050 64.931 1113.183 1622.826 41.537 2.925 208.665 607.116 262.316 -170.178 70.010 77.696 1097.162 1803.140 15.510 2.925 54.606 624.869 290.279 -58.160 79.2

8、76 81.691 1088.070 根据表格所示，在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，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-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： 而管片的内力： a.最大负弯矩时：b.最大正弯矩时：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:，取：采用对称配筋：其中：，钢筋选用HRB335钢，则：由此：得： 近似取：确为大偏心。对取矩： 由此算出：选配432（）（%

9、）3.2.2按最大正弯矩配筋 假设为大偏心构件:，取：采用对称配筋：其中：，钢筋选用HRB335钢，则：由此：得： 近似取：确为大偏心。对取矩： 由此算出：选配228（）（）从安全角度考虑按最大负弯矩配筋。3.3环向弯矩平面承载力验算（按轴心受压验算）查混凝土结构设计原理表3-1，得轴心受压稳定系数：，（纵向钢筋配筋率）（构件截面面积）满足要求 四、抗浮验算盾构隧道位于含地下水的土层中时受到地下水的浮力作用，故需验算隧道的抗浮稳定性，用抗浮系数：式中：隧道自重G拱背土压力P垂直荷载F水浮力则： 满足要求其中：水压力：五. 纵向接缝验算5.1接缝强度计算近似地把螺栓看作受拉钢筋，假设选用1根螺栓

10、。按偏心受压钢筋混凝土截面尽行计算。5.1.1.负弯矩接头（截面） ，其中：-螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹由：得：为大偏心受压,则： 满足要求5.1.2正弯矩接头（截面） ，由：得：为大偏心受压,则： 满足要求5.2接缝张开裂度验算管片拼装之际由于受到螺栓（5.8级），在接缝上产生预应力：其中：螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹( )螺栓与重心轴偏心距（取25mm）衬砌截面面积和截面距当接缝受到外荷载，由外荷载引起的应力：其中：外荷载，由外荷载引起的内力衬砌截面面积和截面距选取不利接缝截面（），计算如下：由此可得接缝变形量：其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）l涂料厚度（取

11、5mm）n螺栓个数。则：环向每米宽度内选用1只螺栓即可满足要求，但是根据以上接缝强度计算每沿米宽度需要2只螺栓才能满足要求。考虑安全问题，所以取2只螺栓。六、裂缝张开验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。 根据GB50010-2002的8.1.2对的偏心受压构件可不验算裂缝宽度。所以，管片裂缝张开满足要求。七、环向接缝验算环缝的综合伸长量：其中:管片伸长量: 纵向螺栓伸长量: 管片弯矩取最大值，即为126时弯矩最大混凝土面积：按环形断面计算： 混凝土：计算纵向螺栓（M30，45钢），螺栓长度为160mm 满足要求八、管片局部抗压验算由于管片连接时在螺栓上施加

12、预应力，故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。圆形衬砌外径为6200mm，内径5500mm，盾构外径6340mm，盾构千斤顶中心线直径5815mm，盾构千斤顶共24台，每台最大顶力为1500Kn，顶块受力面积尺寸为。根据规范GB50010-2002，验算式中： 局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值,取1500kN；混凝土轴心抗压强度设计值，取23.1N/mm2。混凝土强度影响系数,取1.0；混凝土局部受压时的强度提高系数；混凝土局部受压面积，取混凝土局部受压净面积，取局部受压的计算底面积； 满足要求九、参考文献1.混凝土结构基本原理 顾祥林主编 同济大学出版社2.地下建筑结构 朱合华主编 中国建筑工业出版社3.盾构隧道衬砌设计指南 国际隧协编写 翟进营 译4. 混凝土结构设计规范GB50010-2002