地下建筑結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)__隧道盾構(gòu)施工(word文檔良心出品)

1、目錄1 荷載計(jì)算 31.1 結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖31.2 隧道外圍荷載標(biāo)準(zhǔn)值31.2.1 自重 31.2.2 均布豎向地層荷載41.2.3 水平地層均布荷載41.2.4 按三角形分布的水平地層壓力51.2.5 底部反力 51.2.6 側(cè)向地層抗力51.2.7 荷載示意圖62 內(nèi)力計(jì)算 63 標(biāo)準(zhǔn)管片配筋計(jì)算83.1 截面及內(nèi)力確定83.2 環(huán)向鋼筋計(jì)算83.3 環(huán)向彎矩平面承載力驗(yàn)算114 抗浮驗(yàn)算 105 縱向接縫驗(yàn)算125.1 接縫強(qiáng)度計(jì)算125.2 接縫張開(kāi)驗(yàn)算146 裂縫張開(kāi)驗(yàn)算157 環(huán)向接縫驗(yàn)算168 管片局部抗壓驗(yàn)算179 參考文獻(xiàn) 1823荷載計(jì)算1.1 結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖q

2、=20kN/n2人工填土=?-kN/m3褐黃色粘土41 kN/m3灰色砂質(zhì)粉土 蜜：kN/m3灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土=JkN/m 3c=l2.2kPa 鉉9,35055006200O8Z1 5792灰色淤泥質(zhì)粘土三：kN/m3 _ c=12.' kPa 工二1-1結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖如圖，按照要求，對(duì)灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上層厚度進(jìn)行調(diào)整:1355 17 50 = 2205mm1.2 隧道外圍荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算1.2.1 自重g H，h "=25kN/m3 0.35m =8.750kN/m2尸h 鋼筋混凝土自重（kN/m3）； 6-管片厚度（n）；1.2.2 均布豎向地層荷載豎向地層荷載

3、:nq1 - i 丸=0.5 18 1 8 1 9.1 3.5 87 2.205 8 = 7419kN/m 3.1 i 1地面超載:q2 =20kN/m2近似均布拱背土壓力:= 5.070kN /m22_G 0.43R ib5 - 2R - 2R一 一 一 .2 .0.43 3.17.606 1其中:2= 7.606kN/m21.645 8.0 7.1 1.281.645 1.282q = q1 q2 q3 = 74.19 20 5.070 = 99.26kN / m21.2.3 3水平地層均布荷載一 2.p1 =qtan (45 -) -2ctan(45-)其中：¥ 與寸砌圓環(huán)側(cè)向

4、各個(gè)土層的土壤重度二-內(nèi)摩擦角C-粘聚力的加權(quán)平均值則:8 1.645 7.1 4.2055.853= 7.353kN/m8.90 1.645 7.20 4.2055.8512.2 1.645 12.1 4.2055.85p1 =99.26 tan2(4507.67802= 7.678°= 12.128kPa7.6780)-2 12.128tan(450 -8-) = 54.66KPa1.2.4 按三角形分布的水平地層壓力_2_ _ _207.6780_p2 =2Rhtan2(45 5)=2 2.925 7.353 tan2(450 廠)=32.876KPa其中:3.1 3.1 -0

5、.352=2.925m1.2.5 拱底反力_ 1 _ 1 PR =q 二g 0.2146RH -：Rh w =99.26 二 8.75 0.2146 2.925 7.353-： 2.925 10 = 116.73KPa1.2.6 側(cè)向土層抗力PK = ky(1 - . 21cos |)其中：3襯砌圓環(huán)抗彎剛度：EJ=3.45 107 .- = 123265.625KN m212襯砌圓環(huán)抗彎剛度折減系數(shù)：州=0.3 ;則：4(2q - P1 - P2 g) Rh _y 一_4 一24 ( EJ 0.045k Rh)= 4.11 10*m(2 99.26-54.66-32.86 8.75 二)2.

6、925424 (0.3 123265.625 0.045 2 104 2.9254)Pkmax =ky(1 J2|cosa) =20000M 4.11M10* = 82.12KPaPkmin = ky(1 -也Icosu ) =20000M4.11M 10*M(1 -V2) = -34.02KPa取 PK =48.1KPa1.2.7 荷載示意圖垂百荷秋:的抗力月 I凡|+區(qū).） 廠口更.反方【網(wǎng)而破） （土呵水分離存算）圖1-2圓環(huán)外圍荷載示意圖二、內(nèi)力計(jì)算取一米長(zhǎng)度圓環(huán)進(jìn)行計(jì)算，其中荷載采用設(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)）：g =1.2 8.75 =10.5k

7、N /m2q =1.2q1 1.4q2 1.2q3 =1.2 74.19 1.4 20 1.2 5.070 = 123.112kN / m2Pi =1.2 54.66 =65.60kN/m 2 2P2 =1.2 32.876 =39.451kN/mPR =1.2 116.73 =140.076kN/m2Pk =1.2 48.1 =57.72kN /m2隧道圓環(huán)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果荷重截面/度弧度內(nèi)力自重軸線半徑均布豎向地層荷載水壓水平均布荷載底部反力水平壓力Pk引起的圓環(huán)內(nèi)力每米內(nèi)力g(kN/ nf)RH(m)q(kN/ nf)q(kN/ nf)P1(kN/ nf)PR(kN/nf)P2(kN/ nf

8、)Pk(kN/ nf)10.52.925123.11265.6140.0839.45157.7200M kN.m44.9172.925314.94-25.667-140.31-58.73-35.44-58.7740.94180.31438.4012.925259.24-10.432-113.54-52.51-30.26-50.2340.66360.62820.3412.925111.840.802-43.44-34.49-15.43-25.4514.18540.942-5.023-31.362.925-75.506.93943.23-6.416.1912.98-17.59721.2562.92

9、5-238.317.377113.4128.9828.3554.50-37.05901.57-51.2412.925-323.272.074140.3168.2142.1774.72-47.031081.884-57.34-43.6792.925-306.52-8.452113.67106.0439.9147.87-64.821262.1982.925-188.42-23.17143.66121.1619.94-35.23-105.731442.512-6.7352.92519.49-40.644-43.0269.68-10.54-25.29-37.051622.82653.736134.30

10、22.925296.88-59.163-113.28-95.91-37.91-50.14-5.791803.142.925616.61-76.916-140.31-401.98-48.94-58.7724.0000N KN-15.362.93-38.17573.62191.8843.6636.1259.70851.45180.314-11.632.93-1.95558.39173.5841.5234.2956.78850.97360.628-1.092.9393.42547.15125.6535.3328.3848.31877.13540.94214.372.93213.08541.0266.

11、3825.6818.3734.12913.00721.25631.932.93313.76540.5818.3913.526.9312.64937.74901.5748.212.93360.07545.880.000.030.010.00954.201081.88459.782.93354.34556.4118.22-44.254.0812.64961.221262.19863.672.93313.97571.1366.09-106.3621.4434.12964.051442.51257.842.93242.89588.60125.35-160.2347.0548.31949.811622.

12、82641.542.93148.05607.12173.40-156.3470.0156.78940.551803.1415.512.9338.74624.87191.88-51.2279.28-59.70839.36根據(jù)表格所示，在1260度時(shí)軸力最大和彎矩最大三、標(biāo)準(zhǔn)管片配筋計(jì)算3.1 截面及內(nèi)力確定由上述內(nèi)力計(jì)算，取 M =-105.73kN m , N =964.05KN進(jìn)行內(nèi)力計(jì) 算，襯砌管片同時(shí)受到較大的正彎矩與負(fù)彎矩，采用對(duì)稱(chēng)配筋。簡(jiǎn)化 模型為b=1000mm h=350mm保護(hù)層厚度取50mm根據(jù)修正慣用法中 的刀-E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

13、度為：E JZ-襯砌圓環(huán)抗彎剛度F'-kZkk 冗-431_ 4J = 2 2np2 %P = P4 275 = 55.202m4UP 2752JZ = JP = 27.601m4EJ = 0.6 3.45 107 27.061 = 56.016 107KN m2而管片的內(nèi)力：a.最大負(fù)彎矩時(shí)：Ms =(1 )M =(1 0.3) 105.73 =137.45kN mNs = N =964.05kNb.最大正彎矩時(shí)：Ms=(1)M (1 0.3) 40.94=53.2kN mNs = N =850.97kN3.2 環(huán)向鋼筋計(jì)算3.2.1 按最大負(fù)彎矩配筋MS 137.45e0 = =

14、= 142.6mmNS 964.05?。贺?1.1。hes = e0 - -as =1.1 142.6 175-50 = 281.86mm 2hes = e0as =1.1 142.6-175 50 = 31.86mm2350mms a s采用非對(duì)稱(chēng)配筋Wo/h。=1.1x142.6/300 =0.52 >0.3 , 先按 大偏心 計(jì)算，假設(shè)x" ：bh0=0.56 300 168mm對(duì)于大偏心構(gòu)件，取色=fsd,對(duì)Mas取矩,x0Ndes - fcdbx(h0 -)As ='、2 fsd (h0 - as)1.0式964.051000x281.86-22.4父 100

15、0M168父(300-168/2) 幺/吉 二負(fù)值280乂 (300-50)所以，按照構(gòu)造配筋，取 A0.2%bh=0.2 1000 350/100 -700mm2取4?16鋼筋，面積為804mm八2將 As =700mm2帶入公式 A,fsdQ - as) = "Ma - %”( .1 O可得-X2 300x -9943.2 = 0 2算出 x=35.2mmx工£bh0 = 168mm,所以取* = fsd ,對(duì)N取力得平衡fcdbx+fsdAs ="Nd +fsdAs帶入數(shù)據(jù)算得：As=73.14mmA2<0.2%bh所以去 As=0.2%bh=700m

16、mA2取4?16,供給面積為804mmA23.3 環(huán)向彎矩平面承載力驗(yàn)算（按軸心受壓驗(yàn)算）Ns = N =964.05kN3502=101.036mm12 露二 2925lo _ 1800i 101.036= 32.826查混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理表 3-1 ,得軸心受壓穩(wěn)定系數(shù):= 0.986As2=700mmP'=7001000 350=0.2°。：二3°0（縱向鋼筋配筋率）A = 350000mm2 （構(gòu)件截面面積）N =0.9中(fsdAs + qbx) =0.9 0.986 (280 700 22.4 350000) = 7131.15kN 964.05KN滿(mǎn)足

17、要求四、抗浮驗(yàn)算盾構(gòu)隧道位于含地下水的土層中時(shí)受到地下水的浮力作用，故需驗(yàn)算隧道的抗浮穩(wěn)定性，用抗浮系數(shù)：Gi G 2 G G P K =FF式中：G隧道自重G-拱背土壓力P垂直荷載F水浮力則,K _ g 2 二 Rh G (Pi Pw) 2Rh、. 一二R2H . w _ ，2 , _8.75 2二2.925 0.433.17.606 1(65.6 77.05) 22.925_2二 2.925 10=4.19>1.1滿(mǎn)足要求其中：水壓力：Pw = wH =10 7.705 = 77.05kN/m 2五.縱向接縫驗(yàn)算5.1 接縫強(qiáng)度計(jì)算近似地把螺栓看作受拉鋼筋，假設(shè)選用1根螺栓。按偏心受

18、壓鋼 筋混凝土截面盡行計(jì)算。5.1.1 .負(fù)彎矩接頭（1260截面）M =105.73 0.7 =74.011kN mN =964.05kNM 74.011 n d =76.8mme0 N 964.05ea=20mm, e=eo+e3=96.8mmNi400 6211000= 248.4KN其中：N1-螺栓預(yù)應(yīng)力引起的軸向力，取 M3。細(xì)螺紋由:% X =0N + Ni=fcbx 33964.05 101 248.4 10 =22.4 1000 x得：x = 54.13mm ： 0.56h0 = 168mm為大偏心受壓，則：xh xnN1(h0 -一) N(-)Ke022 2N054 1335

19、0 54 132 248400 (300 - 5413) 964050 (350 - 5413)964050 96.8= 2.502 >1.55滿(mǎn)足要求5.1.2 正彎矩接頭（00截面）M =53.2kN mN =850.97kNM=N=62.5mm e0 N 850.97ea 20mm, e = e0 + e = 82.5mm由:N + N1 = fcdbx850970 2 248400 F000 22.4 x得：x = 49.07mm ：0.56h0 = 168mm為大偏心受壓，則:x h xKe0nNi(ho -) N(2-)Ne49.07350 49.072 248400 (30

20、0-) 850970 (-；.)850970 49.07= 7.34 1.55滿(mǎn)足要求5.2接縫張開(kāi)裂度驗(yàn)算管片拼裝之際由于受到螺栓5.8級(jí)），在接縫上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力:clNi禽一 W其中:N1螺栓預(yù)應(yīng)力引起的軸向力，取 M30細(xì)螺紋(Ni =282.6KN )-螺栓與重心軸偏心距（取 25mmDF、W襯砌截面面積和截面距當(dāng)接縫受到外荷載，由外荷載引起的應(yīng)力:N2M2二 c2 一一FW其中:n2及m2 外荷載，由外荷載引起的內(nèi)力F、W襯砌截面面積和截面距選取不利接縫截面（126°）,計(jì)算如下:二 ci2=0.406N /mmN1 N1 e0248400248400 X25W 350 M1

21、000 1/6 X1000 X35022=-0.60 /mm9640500.7 105.7 106350 1000 -1/6 1000 1502由此可得接縫變形量:其中：E防水涂料抗拉彈性模量（取 3MPa1涂料厚度（取5mmn螺栓個(gè)數(shù)。則：一cL C21 =-0.406 1.195 5 = 1.315mm J11= 3mm E3環(huán)向每米寬度內(nèi)選用1只螺栓即可滿(mǎn)足要求，但是根據(jù)以上接縫強(qiáng)度計(jì)算每沿米寬度需要2只螺栓才能滿(mǎn)足要求?？紤]安全問(wèn)題，所 以取2只螺栓。六、裂縫張開(kāi)驗(yàn)算取最大彎矩處進(jìn)行裂縫驗(yàn)算（即1260截面），此處滿(mǎn)足要求，則 其他位置亦可滿(mǎn)足。M -105.73KN mN =964.

22、05KNM 105.73=109.67 mmN 964.05e0 109.67h。=0= 0.366 <0.55根據(jù)GB50010-2002的8.1.2對(duì)e0 =< 0.55的偏心受壓構(gòu)件可不驗(yàn)ho算裂縫寬度。所以，管片裂縫張開(kāi)滿(mǎn)足要求。七、環(huán)向接縫驗(yàn)算環(huán)縫的綜合伸長(zhǎng)量:l = 1J I2其中：管片伸長(zhǎng)量:M l1l1 也l EM縱向螺栓伸長(zhǎng)量:M l2l2 J12 E2W2管片彎矩取最大值,即為126°時(shí)彎矩最大混凝土面積： Ah =皿3.12 -2.752)= 6.429 106 mm2按環(huán)形斷面計(jì)算:_ A f y =300 700二Ah f c 2 AS f y

23、6.249 106 22.4 2 700 300= 4.306 10“ < 0.3sin =sin；wr =sin(6.046 10 與 1800) =0.019M =Ahfc(rL-£1) 2 As fyRH " 2二i63100 7001 0.019= 6.429 106 22.4 () 2 700 300 70023.14= 2135.758KN m混凝土 ： W1 =0.1(皮一5.54).47m33.1.3= 4.134 10 mm2135.758 106 1000一一 4 一一 9E1W13.45 10 18.147 10計(jì)算縱向螺栓（M30 45鋼）As

24、 = 700mm2, f y = 400 knmm2 ,螺栓長(zhǎng)度為 160mmM =8 As Rh f y FFi0 cos2 16.8750cos2 28.1250cos2 39.3750=cos5.625-cos 5.625cos5.625cos 5.625= 3.2973F2cos2 50.6250cos2 61.8750cos2 73.1250cos5.6250cos5.6250cos5.6250cos2 84.3750八=0.7221 cos5.625F = F1 F2 =4.019M =8 621 2925 400 4.019 = 23360.679 KN mL1 = cos2 5.6250 cos2 16.8750 cos2 28.1250cos2 3