隧洞衬砌结构计算书

1、隧洞衬砌结构计算书项目名称 日 期设计者 校对者一、示意图：工L1、基本资料：.依据规范及参考书目：水工隧洞设计规范（DL/T 5195-2004,以下简称规范）水工混凝土结构设计规范（SL 191-2008）,以下简称碎规隧 洞（中国水利水电出版社，熊启钧编著）水工隧洞和调压室水工隧洞部分（水利电力出版社，潘家铮编著）.几何参数：半跨宽度L1 = 2.000 m；顶拱半中心角“=60.00拱顶厚度D1= 0.400 m；拱脚厚度D2= 0.600 m侧墙厚度D3= 0.600 m；侧墙高度H2= 4.000 m隧洞衬砌断面形式：圆拱直墙形底板厚度D4 = 0.600 m.荷载信息：内水压力水

2、头Hi = 0.00 m外水压力水头 Ho = 6.00 m；外水压力折减系数3= 0.40顶部山岩压力端部值 Q1 = 70.00kN/m ;顶部山岩压力中间值 Q2= 70.00kN/m侧向山岩压力上侧值 Q3=40.00kN/m ;侧向山岩压力下侧值 Q4= 50.00kN/m底部山岩压力端部值 Q5=0.00kN/m；底部山岩压力中间值 Q6= 0.00kN/m顶拱围岩弹抗系数 Ki = 500.0 MN/m 3侧墙围岩弹抗系数 K2 = 500.0 MN/m 3底板围岩弹抗系数 K3 = 500.0 MN/m 3顶拱灌浆压力 Pd = 0.00 kPa; Pd作用半中心角a p =

3、0.00其他部位灌浆压力 Pe = 0.00 kPa.分项系数：建筑物级别：1级；荷载效应组合：基本组合；钢筋混凝土构件的承载力安全系数K = 1.35衬砌自重分项系数丫 Q1 = 1.10；山岩压力分项系数丫Q2 = 1.00内水压力分项系数丫 Q4 = 1.00；外水压力分项系数丫Q5 = 1.00灌浆压力分项系数丫 Q3 = 1.00.材料信息：混凝土强度等级：C25轴心抗压强度标准值 fck = 16.70 N/mm 2；轴心抗拉强度标准值 ftk = 1.78 N/mm 2轴心抗压强度设计值 fc = 11.90 N/mm2；轴心抗拉强度设计值 ft = 1.27 N/mm 2混凝土

4、弹性模量 Ec = 2.80 x 104 N/mm 2纵向受力钢筋种类：n级钢筋强度设计值fy = 300 N/mm2；弹性模量Es = 2.00 X 105 N/mm 2钢筋合力点到衬砌内、外边缘的距离a = 0.050 m三、内力计算：N -衬砌计算截面的轴向力，kN,以拉为正；Q -衬砌计算截面的剪力，kN,以逆时针转动为正；M -衬砌计算截面的弯矩，kN m,以内边受拉为正u -衬砌计算截面的切向位移， mm;v -衬砌计算截面的法向位移，mm;少-衬砌计算截面的转角位移，度；k -衬砌计算截面的围岩抗力，kPa计算节点编号顺序为：底板或底拱、底圆按照从左到右编号；顶板板或顶拱、顶圆按

5、照从右到左编号；其余部位按照从下到上编号；.承载能力极限状态下的内力计算：经过3次迭代运算后，各点设定抗力条件和法向位移一致。戚回编PN,kNQ,kNM,kN- mu,mmv,mm山渡k,kPa底板0-157.039-0.00079.4800.0000.1530.0000.076底板4-157.03916.86677.798-0.0020.1560.0020.078底板8-157.03934.35572.692-0.0040.1650.0040.083底板12-157.03953.06663.975-0.0060.1800.0050.090底板16-157.03973.54151.348-0.

6、0070.2000.0060.100底板20-157.03996.23734.410-0.0090.2240.0070.112底板24-157.039121.49412.682-0.0110.2510.0080.126底板28-157.039149.500-14.371-0.0130.2790.0080.139底板32-157.039180.247-47.301-0.0150.3060.0070.153底板36-157.039213.492-86.637-0.0170.3280.0060.164底板40-157.039248.702-132.830-0.0190.3440.0030.172侧墙

7、0-248.702-157.039-132.830-0.344-0.0190.0030.0侧墙4-242.102-128.070-75.808-0.350-0.014-0.0010.0侧墙8-235.502-99.896-30.247-0.356-0.034-0.0040.0侧墙12-228.902-72.6724.235-0.361-0.063-0.0040.0侧墙16-222.302-46.39828.017-0.367-0.092-0.0040.0侧墙20-215.702-21.07541.480-0.372-0.112-0.0020.0侧墙24-209.1023.29845.004-0

8、.377-0.1190.0000.0侧墙28-202.50226.72038.969-0.382-0.1120.0020.0侧墙32-195.90249.19223.755-0.387-0.0930.0030.0侧墙36-189.30270.714-0.258-0.391-0.0660.0040.0侧墙40-182.70291.285-32.689-0.396-0.0400.0030.0顶拱0-203.867-12.296-32.689-0.323-0.2330.0030.0顶拱4-195.942-17.087-29.107-0.300-0.2530.0020.0顶拱8-187.677-20.

9、353-24.548-0.275-0.2750.0020.0顶拱12-179.394-22.054-19.389-0.248-0.2980.0010.0顶拱16-171.422-22.214-14.005-0.219-0.3210.0000.0顶拱20-164.076-20.926-8.761-0.187-0.343-0.0000.0顶拱24-157.648-18.344-3.988-0.152-0.364-0.0010.0顶拱28-152.391-14.6810.024-0.116-0.381-0.0010.0顶拱32-148.506-10.1993.046-0.078-0.395-0.00

10、10.0顶拱36-146.132-5.1984.915-0.039-0.404-0.0000.0顶拱40-145.3370.0005.5450.000-0.407-0.0000.02.正常使用极限状态下的内力计算：经过3次迭代运算后，各点设定抗力条件和法向位移一致。戚回编RN,kNQ,kNM,kN- mu,mmv,mm山渡k,kPa底板0-156.8260.00075.1780.0000.1460.0000.073底板4-156.82616.46473.537-0.0020.1490.0020.074底板8-156.82633.51868.553-0.0040.1570.0030.079底板1

11、2-156.82651.72560.053-0.0060.1720.0050.086底板16-156.82671.59747.752-0.0070.1910.0060.095底板20-156.82693.56231.274-0.0090.2130.0070.107底板24-156.826117.93210.167-0.0110.2380.0070.119底板28-156.826144.872-16.070-0.0130.2640.0070.132底板32-156.826174.359-47.952-0.0150.2890.0070.144底板36-156.826206.138-85.967-0

12、.0170.3100.0050.155底板40-156.826239.679-130.526-0.0190.3240.0030.162侧墙0-239.679-156.826-130.526-0.324-0.0190.0030.0侧墙4-233.679-127.857-73.590-0.329-0.018-0.0020.0侧墙8-227.679-99.682-28.114-0.335-0.040-0.0040.0侧墙12-221.679-72.4586.283-0.340-0.072-0.0050.0侧墙16-215.679-46.18429.979-0.345-0.102-0.0040.0侧墙

13、20-209.679-20.86143.357-0.350-0.123-0.0020.0侧墙24-203.6793.51246.795-0.355-0.1300.0000.0侧墙28-197.67926.93440.674-0.360-0.1230.0020.0侧墙32-191.67949.40625.375-0.365-0.1030.0040.0侧墙36-185.67970.9281.276-0.369-0.0750.0040.0侧墙40-179.67991.499-31.241-0.374-0.0470.0040.0顶拱0-201.356-10.599-31.241-0.300-0.227

14、0.0040.0顶拱4-193.911-15.347-28.075-0.278-0.2450.0030.0顶拱8-186.095-18.641-23.935-0.255-0.2630.0020.0顶拱12-178.222-20.432-19.180-0.229-0.2820.0010.0顶拱16-170.614-20.738-14.172-0.201-0.3010.0000.0顶拱20-163.581-19.641-9.263-0.171-0.320-0.0000.0顶拱24-157.410-17.285-4.774-0.140-0.338-0.0000.0顶拱28-152.354-13.87

15、3-0.988-0.107-0.353-0.0010.0顶拱32-148.610-9.6581.871-0.072-0.365-0.0010.0顶拱36-146.319-4.9303.642-0.036-0.372-0.0000.0顶拱40-145.5510.0004.2390.000-0.3750.0000.0四、截面承载验算：衬砌截面按偏心受压或偏心受拉构件进行承载力和配筋计算：.偏心受压截面正截面承载力计算依据：首先按素混凝土偏心受压构件进行承载力验算，验算公式如下：KX N (j)XYmXt fX bxh/ (6Xeo/h-1)碎规式 5.2.3-3KX N f)xfcX bxh/ (

16、6Xeo/h+1 )碎规式 5.2.3-4如果承载力验算不满足，则进行配筋计算，公式如下：KN fcX bx y +fASsX As碎规式 6.3.2-1KNe fcXbXxX ( ho-%/2) +fyx As (ho-as)碎规式 6.3.2-2.偏心受拉截面正截面承载力计算依据：轴向力作用在钢筋 As合力点与As合力点之间的小偏心受拉构件：KNe fy x As x (ho - as)碎规式 6.4.2-1KNe fyX As x (ho - as)碎规式 6.4.2-2轴向力作用在钢筋 As合力点与As合力点之外的大偏心受拉构件：KN fyX Asy X Ascx bx x碎规式 6.

17、4.3-1KNe fcXbXxX ( ho-%/2) +fyx As (ho-as)碎规式 6.4.3-2.截面抗剪验算依据：当满足下述条件时，可不配置抗剪钢筋：KX V 0.7X 3 hXftX bx ho 碎规式 6.5.4-1h = (800 / ho ) 1/4 碎规式 6.5.4-2.抗剪验算结果：以计算点：底板1的截面为例进行抗剪验算，其余截面抗剪验算与此相同。截面高度 h = 600 mm；有效高度 ho = 550 mm；截面宽度 b = 1000 mm；截面剪力设计值 V = 4192 NKX V = 1.35X 4192 = 5659 N & 0.25XfcX bx ho=

18、0.25 X 11.90 X 1000 X 550 = 1636250 N 故受剪截面满足要求！KXV = 1.35X 4192 = 5659 N & 0.7X 3 hX ft X bX ho =0.7 X 1.000 X 1.27 X 1000 X 550 = 488950 N 故受剪验算满足要求！.按素混凝土偏心受压构件验算截面承载力：以计算点：底板8的截面为例进行素混凝土截面承载力验算，其余截面与此相同。 计算截面高度 h = 600 mm ,宽度b = 1000 mm ,计算长度lo = 3181 mm 承受弯矩 M = 72691759 N mm,轴力 N = 157039 Nb=6

19、00mm时，从碎规表 5.2.2-1查得素混凝土构件稳定系数。=0.967KX N = 1.45X 157039 = 227707 N & e X fcX bXh =0.967X11.90X 1000X 600 = 6904232 N 按照素混凝土轴心受压构件验算承载力满足要求。eo = M / N = 72691759 / 157039 = 462.9 mmb=600mm时，从碎规表 5.2.2-1查得素混凝土构件稳定系数。=0.967从碎规附录 C中表C1查得截面抵抗矩的塑性系数丫m = 1.71KX N = 2.20X 157039 = 345487 N ()X 丫 mXtfX bx h

20、/ (6Xeo/h-1) =0.967X1.71 X 1.27X 1000X600/ (6X 462.9/600-1) = 346197 N 按素混凝土偏心受压构件验算受拉区承载力满足要求。KXN = 1.45X 157039 = 227707 N 0 4 X fcX bx h/ (6Xeo/h+1) =0.967X11.90X 1000X 600/ (6X462.9/600+1 )= 1226571 N按素混凝土偏心受压构件验算受压区承载力满足要求，无须进行配筋计算！五、配筋及裂缝宽度计算结果：h -衬砌计算截面高度， mm; TOC o 1-5 h z Asi-衬砌计算截面内侧钢筋计算面积，mm2;As-衬砌计算截面内侧钢筋实配面积，mm2；Aso-衬砌计算截面外侧钢筋计算面积，mm2;Aso-衬砌计算截面外侧钢筋实配面积，mm2;3 -衬砌计算截面的裂缝宽度，mm ,当抗裂验算满足要求时则显示为“抗裂”计算节点编号顺序为：底板或底拱、底圆按照从