第四章-配筋计算

1、中南大学本科生毕业论文 第4章第4章 地铁区间结构配筋设计4.1配筋计算方法与设计理论 通过flac程序求得所取三个控制截面上的弯矩M、轴力N和剪力值Q后，取最不利截面进行配筋设计。地铁钢筋混凝土结构 的设计的主要依据通常是混凝土结构设计规范 ，不过为了提高构件的抗冲击性能，都是采用双筋截面设计，计算的时候可以作为附加压筋考虑。 截面上除弯矩M外，同时还有轴力N，因此大多数构件都是属于压弯构件，配筋计算主要是按照偏心受压构件进行。 管片采用错缝拼装， 每个管片的位置并不是唯一不变的，所以管片的配筋都应该按最不利截面 的内力进行设计，因此管片的配筋是一样的。4.4.1 构件正截面的承载力设计（1

2、） 偏心距的计算 计算偏心距 偏心距的计算公式为： （4-1） 式中 -初始偏心距； -轴向压力对 截面重心的偏心距，； -附加偏心距，。 偏心距增大系数 在本设计中取。(2) 大小偏心的判断 在实际设计过程中，可以按以下办法初步判断： 当，按小偏心 受压计算。 当，按大偏心 受压计算。（3） 对偏心受压截面承载力的计算 基本假设: 截面应变分布满足 平截面假设； 不计混凝土的 抗拉强度； 受压区混凝土的 极限压应变 大偏心： 图4-1 大偏心受压构件的截面计算图式基本计算公式 大偏心属于受拉破坏，由力矩平衡条件 得到两个基本公式: （4-2） （4-3） 其中，适用条件a. 以保证混凝土压碎

3、 前受拉钢筋的应力达到屈服；b. 以保证混凝土压碎 前受压钢筋的应力达到屈服。小偏心：计算公式 小偏心属于受压破坏，由 力矩平衡条件得出截面的计算公式如下： （4-4） （4-5） 其中，的计算 在式（4-4）中，是一个未知数，原则上 可根据平截面假定由相应的应变求得。地下铁道设计规范 根据试验研究结果，提出近 似地用下面的简化公式计算。 （4-6）式中，按表4-1取值。当，才采用上计算式。 表4-1 构件相对界限受压区高度取值钢筋等级HPB2350.614HRB3350.550HRB4000.518 表4-2 最小配筋率钢筋分类混凝土强度及以下轴心受压构件的全部0.40.4偏心受压0.20.

4、2受弯及大偏心0.150.2小偏心每侧0.150.2（4）非对称配筋 由于地铁隧道管片基本是对称配筋，因此此项可不考虑。（5） 对称配筋 在对称配筋时只要在非对称配筋计算公式中令即可，由混凝土教材对称配筋时钢筋截面面积计算步骤可归纳为 若，则 若，则 若，则表明截面为小偏心受压，需要重新计算x或，4.1.2 构件斜截面的抗剪承载力设计（1） 验算截面尺寸 构件的截面尺寸一般先由正截面承载力和刚度条件确定，然后进行斜截面抗剪承载力的计算，首先按式（4-17）进行截面尺寸复核。如果不满足要求，则应该增大截面尺寸或加大混凝土强度等级。 当 当 （4-7） 当，Q直线内插(2) 验算是否需配置腹筋 一

5、般情况下的矩形、T形和I形截面梁 承受集中荷载为主的矩形、T形及I形截面梁 则没有必要受剪承载力计算，仅根据公式（4-8）结构要求的箍筋，否则，应按计算配置腹筋。 （4-8） （3） 计算箍筋数量 对于矩形、T形及I形截面梁 （4-9） 对于承受集中荷载为主的矩形、T形及I形截面梁 （4-10） 表4-3 箍筋最小直径条件箍筋最小直径h250mm4mm250h800mm6mmh>800mm8mm有计算的纵向钢筋时D/4 表4-4 箍筋最大间距梁高h(mm)150<h<300200mm300<h<500300mm500<h800350mmh>800500

6、mm 求出后，根据表4-3和4-4的构造要求，选定箍筋肢数n,单肢箍筋的截面面积和间距 由此可得到箍筋面积。配筋率应该满足 （4-11） （4） 计算弯起钢筋 判定下式的条件是否满足 （4-12）如果满足，则不需要配置弯起钢筋，否则，需要配置。 如果还需配置弯起钢筋，由于箍筋面积已经确定，由公式（4-13）可求弯起钢筋的面积 （4-13） （4-14）其中 4.1.3 裂缝宽度验算 最大裂缝宽度计算公式： （4-15） 式中 构件受力特征 系数，本设计因为是偏心受压构件取2.1。 纵向钢筋应变 不均匀系数 （4-16） 钢筋截面处 钢筋应力 （4-17） （4-18） 受拉区纵向钢筋 的等效直

7、径 （4-19） 按照有效受拉混凝土截面 面积计算时候的纵向钢筋配筋率 （4-20） 最大裂缝宽度应满足的最终计算值的“标准”的规定。4.1.4结构配筋构造设计要求 地下铁道区间衬砌配 筋主要是根据结构内力进行的计算配筋。为了使结构在使用环境下的安全性 和耐久性等到达要求，结构配筋往往 要满足很多构造方面的要求。（1） 钢筋一般要求 钢筋直径 钢筋和预制钢筋骨架的形状尺寸，应考虑加大，运输和基坑内施工的安全和方便，受力钢筋直接一般不宜大于32mm，小于14mm,一般构造钢筋不小于12mm，箍筋直径不小于8mm。 钢筋保护层 由于地下施工条件比较差和结构长期处于被包围在水土之中的条件，要求地下铁

8、道结构必须具有一定的保护层厚度，来防止钢筋直接受水土腐蚀，影响结构功能的正常使用。受力钢筋的保护层厚度一般取40-50mm，构造钢筋保护层厚度要大于等于20mm。 钢筋间距 框架板、墙构件中，受力钢筋间距小于等于250mm，梁受力钢筋的 水平净距要大于钢筋直径或30mm。（2） 箍筋 形式和肢数箍筋形式有 封闭式和开口式两种，一般梁采用封闭式。箍筋有单肢和双肢等。（3）其它 因为管片是预制构件，在拼装过程中吊装孔附近会承受较大的局部作用力，因此需设置吊装孔螺旋加强筋。而且，注浆孔处设注浆孔螺旋筋，手孔附近设螺栓孔加强筋和螺栓孔分布筋等。 4.2配筋设计计算方法4.2.1计算方法通过flac程序

9、输出衬砌管片最不利截面的内力，包括弯矩M、轴力N、剪力Q，将内力导入excel表格，先计算x,在判断按照哪种计算公式计算配筋面积，按照双筋配置管片，具体见附录。其中主筋采用HRB335钢筋，fy=300N/mm²，混凝土fc=23.1N/mm²,as取50mm。通过excel表格计算可以得出，采用第二个公式计算出钢筋面积，其中最大值346mm²，但是小于构造要求配筋面积，即0.2%×b×h=0.002×1500×400=1200mm²，按照直径20mm的HRB335钢筋，可配4根，但是考虑到需要超筋配置，即配8根。 4.3管片钢筋布置 图4-2 管片配筋注浆孔处剖面图 由4.2可知，实际配置钢筋时候受压区和受拉区都是8根直径为20mm的HRB335钢筋。其中，图4-4是A型管片的注浆孔处剖面图，可知，受压和受拉区都是配置8根钢筋，来承受主要荷载，还配置了箍筋、螺栓孔吊筋、注