顶管施工管道强度验算

1、d2600mm管道结构强度验算,d1800mm管道结构强度验算,一、,已知条件,一、,已知条件,管道强度等级,III,级,管道强度等级,III,级,裂缝荷载,272.00 ,kN/m,裂缝荷载,183.00 ,kN/m,破坏荷载,407.00 ,kN/m,破坏荷载,274.00 ,kN/m,管径d,2600,mm,管径d,1800,mm,壁厚t,235,mm,壁厚t,180,mm,管道埋深H,17.34,m,管道埋深H,17.34,m,管顶至原状地面埋置深度Hs,14.51 ,m,管顶至原状地面埋置深度Hs,15.36 ,m,主动土压力系数Ka=,0.48 ,主动土压力系数Ka=,0.48 ,

2、管侧土的重力密度s=,18.90 ,kN/m3,管侧土的重力密度s=,18.90 ,kN/m3,内摩擦角=,20.4,内摩擦角=,20.4,主动土压力系数与内摩擦系数乘积Ka=,0.13,主动土压力系数与内摩擦系数乘积Ka=,0.13,土的粘聚力C,30,kN/m2,土的粘聚力C,30,kN/m2,二、,承载力极限状态验算,二、,承载力极限状态验算, 根据给水排水工程管道结构设计规范（GB 50332-2002）4.2.2条之规定，管道结构的强度计算应采用下列极限状态表达式：, 根据给水排水工程管道结构设计规范（GB 50332-2002）4.2.2条之规定，管道结构的强度计算应采用下列极限状

3、态表达式：,0S,R,0S,R,污水管道重要性系数0,=,1,污水管道重要性系数0,=,1,1、,管顶竖向土压力计算,1、,管顶竖向土压力计算,按照给水排水工程顶管技术规程（CECS 246:2008）计算公式6.2.2-35：,按照给水排水工程顶管技术规程（CECS 246:2008）计算公式6.2.2-35：,管道外径 D1=,3.07,m,管道外径 D1=,2.16,m,管顶上部土层压力传递至管顶处的影响宽度,管顶上部土层压力传递至管顶处的影响宽度,Bt=,5.20 ,m,Bt=,3.66 ,m,不开槽施工土压力系数,不开槽施工土压力系数,Cj=,1.98 ,Cj=,2.55 ,计算覆土

4、高度 HS=CjBt=,10.32 ,m,计算覆土高度 HS=CjBt=,9.35 ,m,管顶竖向土压力标准值,管顶竖向土压力标准值,FSV,K3=,Cj(siBt-2C)Dt,FSV,K3=,Cj(siBt-2C)Dt,=,233.45 ,kN/m,=,50.74 ,kN/m,2、,管侧土压力计算,2、,管侧土压力计算,根据地勘报告，管道侧向土压力按位于地下水位以上计算。,根据地勘报告，管道侧向土压力按位于地下水位以上计算。,管侧土压力计算公式根据给水排水工程顶管技术规程CECS 246:2008计算公式6.2.3计算：,管侧土压力计算公式根据给水排水工程顶管技术规程CECS 246:200

5、8计算公式6.2.3计算：,管侧土压力：,管侧土压力：,Fh,k=,27.77 ,kN/m,Fh,k=,-44.27 ,kN/m,3、,管道自重,3、,管道自重,根据给水排水工程顶管技术规程（CECS 246:2008）6.2.1条，管道结构自重标准值计算公式如下：,根据给水排水工程顶管技术规程（CECS 246:2008）6.2.1条，管道结构自重标准值计算公式如下：,钢筋混凝土管重度 =,26,kN/m3,钢筋混凝土管重度 =,26,kN/m3,钢筋混凝土管内壁直径 D0=,2.84 ,m,钢筋混凝土管内壁直径 D0=,1.98 ,m,管道自重 G1k=,54.42 ,kN/m,管道自重

6、G1k=,29.11 ,kN/m,4、,管道内水重,4、,管道内水重,管道内水重量按满管时最不利条件计算，计算公式如下：,管道内水重量按满管时最不利条件计算，计算公式如下：,管道内污水重度 w=,10,kN/m3,管道内污水重度 w=,10,kN/m3,管道内水重 Fw,k=,53.09 ,kN/m,管道内水重 Fw,k=,25.45 ,kN/m,5、,地面堆积荷载标准值,5、,地面堆积荷载标准值,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）6.3.3条，地面堆积荷载传递到管顶处竖向压力标准值：,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）6.3.3条，地面堆积荷载传递到管

7、顶处竖向压力标准值：,qmk=,10.00 ,kN/m2,qmk=,10.00 ,kN/m2,准永久值系数c=,0.50 ,准永久值系数c=,0.50 ,可变荷载组合系数C=,1.00 ,可变荷载组合系数C=,1.00 ,则，作用到管道上的地面堆积荷载Qvk=,30.70 ,kN/m,则，作用到管道上的地面堆积荷载Qvk=,21.60 ,kN/m,6、,作用效应的组合标准值计算,6、,作用效应的组合标准值计算,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）7.2.3条，作用效应的组合设计值，应按下式确定：,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）7.2.3条，作用效应的组

8、合设计值，应按下式确定：,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）附录B.0.2，各作用力的内力系数如下：,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）附录B.0.2，各作用力的内力系数如下：,顶管施工135土弧基础（计算支承角2=120）,顶管施工135土弧基础（计算支承角2=120）,竖向土均衡荷载时管底的内力系数,0.154,竖向土均衡荷载时管底的内力系数,0.154,管侧土压时管底的内力系数,-0.125,管侧土压时管底的内力系数,-0.125,管道自重时管底内力系数,0.100 ,管道自重时管底内力系数,0.100 ,管内水重时管底内力系数,0.100 ,管内

9、水重时管底内力系数,0.100 ,地面堆积荷载时管底的内力系数,0.154 ,地面堆积荷载时管底的内力系数,0.154 ,各永久作用的分项系数：,各永久作用的分项系数：,管顶竖向土压力,1.27,管顶竖向土压力,1.27,管内水重,1.27,管内水重,1.27,管道自重,1.20 ,管道自重,1.20 ,管侧土压力,1.00 ,管侧土压力,1.00 ,地面堆积荷载,1.40 ,地面堆积荷载,1.40 ,则，各作用力作用效应的组合设计值：,则，各作用力作用效应的组合设计值：,S=,62.08 ,kN/m,S=,21.31 ,kN/m,0S=,62.08 ,kN/m,0S=,21.31 ,kN/m

10、,7、,管道结构的抗力设计值R的计算,7、,管道结构的抗力设计值R的计算,根据给水排水工程埋地预制混凝土圆形管道结构设计规程（CECS 143:2002）,根据给水排水工程埋地预制混凝土圆形管道结构设计规程（CECS 143:2002）,试验时管道受集中荷载产生的弯矩系数,0.318,试验时管道受集中荷载产生的弯矩系数,0.318,管道放置在地上时产生的弯矩系数,0.239,管道放置在地上时产生的弯矩系数,0.239,R=,99.50 ,kN/m,R=,65.15 ,kN/m,0S,R,0S,R,故，根据GB 50332-2002承载能力极限状态计算规定4.2.2条，管道强度在极限状态下满足强

11、度要求。,故，根据GB 50332-2002承载能力极限状态计算规定4.2.2条，管道强度在极限状态下满足强度要求。,三、,正常使用极限状态验算,三、,正常使用极限状态验算,1、,作用效应的标准组合计算值,1、,作用效应的标准组合计算值,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）7.3.2条规定，当验算构件截面的最大裂缝宽度时，应按准永久组合作用计算。,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）7.3.2条规定，当验算构件截面的最大裂缝宽度时，应按准永久组合作用计算。,作用效应的组合设计值计算公式如下：,作用效应的组合设计值计算公式如下：,准永久作用组合设计值S=,45

12、.60 ,kN/m,准永久作用组合设计值S=,20.47 ,kN/m,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）8.2.4条，混凝土管道在组合作用下，管道横截面的环向内力计算公式如下：,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）8.2.4条，混凝土管道在组合作用下，管道横截面的环向内力计算公式如下：,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）附录B.0.2，管道内力系数为：,根据给水排水顶管技术规程（CECS 246:2008）附录B.0.2，管道内力系数为：,垂直均布荷载,kmA=,0.154,knA=,0.209,垂直均布荷载,kmA=,0.154,kn

13、A=,0.209,管道自重,kmA=,0.100 ,knA=,0.236,管道自重,kmA=,0.100 ,knA=,0.236,管上腔内土重,kmA=,0.131,knA=,0.258,管上腔内土重,kmA=,0.131,knA=,0.258,管内满水重,kmA=,0.100 ,knA=,-0.240 ,管内满水重,kmA=,0.100 ,knA=,-0.240 ,侧向主动土压力,kmA=,-0.125,knA=,0.500 ,侧向主动土压力,kmA=,-0.125,knA=,0.500 ,管道的计算半径r0=,1.3,m,管道的计算半径r0=,0.9,m,管道横截面的最大弯矩设计值M=,5

14、9.27 ,kNm/m,管道横截面的最大弯矩设计值M=,18.42 ,kNm/m,管道横截面的轴力设计值N=,65.99 ,kN/m,管道横截面的轴力设计值N=,-8.51 ,kN/m,2、,管道纵向受拉钢筋应力计算,2、,管道纵向受拉钢筋应力计算,根据给水排水工程管道结构设计规范（GB 50332-2002）D.0.1，受弯、大偏心受拉或受压构件的最大裂缝宽度计算公式如下：,根据给水排水工程管道结构设计规范（GB 50332-2002）D.0.1，受弯、大偏心受拉或受压构件的最大裂缝宽度计算公式如下：,钢筋混凝土管道的配筋率 te=,0.8,%,钢筋混凝土管道的配筋率 te=,0.6,%,纵

15、向受拉钢筋的混凝土净保护层厚度C=,20,mm,纵向受拉钢筋的混凝土净保护层厚度C=,20,mm,纵向受拉钢筋直径 d=,4,mm,纵向受拉钢筋直径 d=,4,mm,受弯、大偏心受压构件，系数 1=,0,受弯、大偏心受压构件，系数 1=,0,受弯构件，系数 2=,1.0 ,受弯构件，系数 2=,1.0 ,钢筋表面特征系数 =,1.0 ,钢筋表面特征系数 =,1.0 ,混凝土强度等级,C40,混凝土强度等级,C40,混凝土轴心抗拉标准值 ftk=,2.39,N/mm2,混凝土轴心抗拉标准值 ftk=,2.39,N/mm2,钢筋的弹性模量 ES=,210000,N/mm2,钢筋的弹性模量 ES=,

16、210000,N/mm2,混凝土的弹性模量 ES=,32500,N/mm2,混凝土的弹性模量 ES=,32500,N/mm2,计算截面的有效高度 h0=,215,mm,计算截面的有效高度 h0=,160,mm,受拉钢筋的截面面积 AS=,0.5bh0te,=,860,mm2,受拉钢筋的截面面积 AS=,0.5bh0te,=,480,mm2,按长期效应准永久组合作用计算的截面纵向受拉钢筋应力,按长期效应准永久组合作用计算的截面纵向受拉钢筋应力,sq=,368.48 ,N/mm2,sq=,275.68 ,N/mm2,裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数,裂缝间受拉钢筋应变不均匀系数,=,0.573 ,=,

17、0.161 ,取值 =,0.573 ,取值 =,0.400 ,计算最大裂缝宽度 max=,0.154 ,mm,0.2mm,计算最大裂缝宽度 max=,0.098 ,mm,0.2mm,故管道裂缝宽度满足安全要求。,故管道裂缝宽度满足安全要求。,3、,按大偏心受拉构件计算,3、,按大偏心受拉构件计算,根据给水排水工程管道结构设计规范（GB 50332-2002）D.0.2，受弯、大偏心受拉或受压构件的最大裂缝宽度计算公式如下：,根据给水排水工程管道结构设计规范（GB 50332-2002）D.0.2，受弯、大偏心受拉或受压构件的最大裂缝宽度计算公式如下：,钢筋混凝土管道的配筋率 te=,0.8,%

18、,钢筋混凝土管道的配筋率 te=,0.6,%,纵向受拉钢筋的混凝土净保护层厚度C=,20,mm,纵向受拉钢筋的混凝土净保护层厚度C=,20,mm,纵向受拉钢筋直径 d=,4,mm,纵向受拉钢筋直径 d=,5,mm,纵向力对截面重心的偏心距 e0=,1417.5,mm,纵向力对截面重心的偏心距 e0=,990,mm,大偏心受拉构件，系数 1=,0.020 ,大偏心受拉构件，系数 1=,0.021 ,大偏心受拉构件，系数 2=,1.053 ,大偏心受拉构件，系数 2=,1.057 ,钢筋表面特征系数 =,1.0 ,钢筋表面特征系数 =,1.0 ,混凝土强度等级,C40,混凝土强度等级,C40,混凝土轴心抗拉标准值 ftk=,2.39,N/mm2,混凝土轴心抗拉标准值 ftk=,2.39,N/mm2,钢筋的弹性模量 ES=,210000,N/mm2,钢筋的弹性模量 ES=,210000,N/mm2,混凝土的弹性模量 ES=,32500,N/mm2,混凝土的弹性模量 ES=,32500,N/mm2,计算截面的有效高度 h0=,215,mm,计算截面的有效高度 h0=,160,mm,受拉钢筋的截面面积 AS=,0.5bh0te,=,860,mm2,受拉钢筋的截面面积 AS=,0.5bh0te,=,480,mm2,位于偏心力一