钢筋混凝土地下通道课程设计

1、 地下通道课程设计5/24/2012设计人：张逸帆地地下混凝凝土课程程设计题目：钢筋筋混凝土土地下通通道设计计学院：土木木工程班级：099级（111）班班姓名：张逸逸帆学号：09909997指导老师：柳献一、设计题题目（1）设计计任务1、将某浅浅埋地下下通道结结构进行行结构设设计。2、确定结结构构件件的截面面尺寸。3、确定结结构的计计算简图图。4、各构件件的荷载载、内力力及配筋筋计算。5、手绘和和计算机机绘制结结构配筋筋图。（2）基本本资料某浅埋地下下通道结结构尺寸寸示意图图如下所示。1、埋置深深度：33.5mm。2、地下水水位：自自然地面面以下11.0mm。3、土层：粉质质粘土，重重度、内内

2、摩擦角角、粘聚聚力分别别为1=188kN/m3，c1=100kN/m2，1=155。土层：淤淤泥质粘粘土，重重度2=177kN/m3，计算算时考虑虑内摩擦擦角和粘粘聚力分分别在一一定范围围内变化化：c2=100155kN/m2，2=815。4、土层厚厚度以埋埋置深度度为界。5、地面超超载：330kNN/m22。6、水土压压力分项项系数：1.22。7、地面超超载荷载载分项系系数：11.2。8、混凝土土强度等等级为CC30；重度为为25kkN/mm3 ；弹弹性模量量为1.4104MPaa；泊松松比为00.1667。9、钢筋等等级为HHPB3335。10、地基基变形模模量为550MPPa；泊泊松比为

3、为0.33。（3）计算算假定1、结构刚刚度远大大于地基基土的刚刚度。2、不考虑虑结构侧侧向位移移。3、计算时时忽略加加腋的影影响。4、考虑荷荷载最不不利组合合。（4）参考考规范1、混凝凝土结构构设计规规范GBB500010-201102、公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范JTGG D662-2200443、公路路桥涵地地基与基基础设计计规范JTTGD663-2200774、公路路桥涵设设计通用用规范JTTG DD60-200045、建筑筑结构制制图标准准GBTT50110520001二、荷载计计算（1）顶板板荷载计计算1、覆土压压力：q土=ihi2、水压力力：q水=ihw3

4、、顶板自自重：qG= d=250.6=15kN/m4、底面超超载：q=30kkN/mm2综上所述，q顶=1.2（2）板底底荷载计计算q底=q顶+1.2PL=129.6+1.2(20.6+0.4)13（3）地基基反力计计算地下通道结结构刚度度远大于于地基土土的刚度度，故假假定地基基反力为为直线分分布。q反=q底+1.2d=167.54 kN（4）侧墙墙荷载计计算根据朗肯主主动土压压力计算算方法，计计算土中中侧向土土压力。并并且用土土水分算算法，计计算侧向向水压力力。1、侧向土土压力主动土压力力P其中ka为主动动土压力力系数顶板处土压压力P =底板处土压压力P =由于计算时时，要考考虑内摩摩擦角和

5、和粘聚力力分别在在一定范范围内变变化：c2=100155kN/m2，2=815，Ka=0.55900.766（正切切曲线在在0445内单调调递增）考虑荷载的的不利组组合土压压力与内内摩擦角角和粘聚聚力值有有关，当使顶板板跨中正正弯矩最最大：cc、值取大大值，侧侧墙水土土压力变变小当使侧墙墙跨中正正弯矩最最大：cc、值取小小值，侧侧墙水土土压力变变大即求上两式式的最大大与最小小值的问问题。当Ka=0.776，c2=100kN/m2，2=8，主动动土压力力取最大大值：顶板处土压压力Pa1=70.1ka底板处土压压力Pa2=112.1ka当Ka=0.559，c2=15kN/m2，2=15，主动动土压

6、力力取最小小值：顶板处土压压力Pa1=70.1ka底板处土压压力Pa2=112.1ka2、侧向水水压力顶板处水压压力Pw1=w底板处水压压力Pw2=w综上所述,最小侧侧压力为为：P侧1=P侧2=最大侧压力力为：P侧1=P侧2=三、内力计计算（1）弯矩矩分配法法计算内力力1、计算简简图地下通道纵纵向较长长，横向向较短，结结构所受受荷载沿沿纵向的的大小近近于不变变，故在在不考虑虑结构纵纵向不均均匀变形形的情况况下，将将此结构构按照平平面应变变问题处处理。沿纵向取单单位长度度（1mm）的截截条，当当做闭合合框架计计算，忽略加加腋的影影响。忽略中隔墙墙面积稍稍小于其其他墙体体，将杆杆件简化化为等截截面

7、杆。同时，由于中隔墙刚度相对较小，侧向力并不十分大，认为中隔墙与上下板的连接方式为铰接，即只能承受轴力的二力杆。计算跨度取取中轴线线中心至至中心距距离。得得，侧墙墙计算跨跨度6mm，顶板板与地板板计算跨跨度为66.2mm。在弯矩分配配时，不不考虑线线位移的的影响，所所以除中中隔墙之之外所有有构件EEA认为为无穷大大，EII=1.410101120.631=252000kNNm2。对中由荷载计算算可见，顶顶板荷载载和地基基反力并并不平衡衡，但由由于侧壁壁摩阻力力存在，使使其保持持平衡。所所以在侧侧壁下设设置活动动铰支座座。同时时在中隔隔墙下，设设置铰支支座。运用结构力力学求解解器，其其代码如如下

8、：最小侧摩摩阻力：结点,1,-6.2,0结点,2,0,00结点,3,6.22,0结点,4,-6.2,6结点,5,0,66结点,6,6.22,6单元,1,2,11,1,1,11,1,1单元,2,3,11,1,1,11,1,1单元,1,4,11,1,1,11,1,1单元,4,5,11,1,1,11,1,1单元,5,6,11,1,1,11,1,1单元,6,3,11,1,1,11,1,1单元,2,5,11,1,0,11,1,0结点支承,1,11,0,0结点支承,3,33,0,0,00结点支承,2,11,0,0单元荷载22,4,5,33,1229.66,0,1,990单元荷载22,1,2,-3,1167

9、.54,0,11,900单元荷载,3,55,1004.77,377.922,0,1,990单元荷载,6,55,377.922,1004.77,0,1,990单元材料性性质,11,6,-1,25220000,0,0,-1单元材料性性质,77,7,840000000,11,0,0,-1最大侧摩摩阻力：结点,1,-6.2,0结点,2,0,00结点,3,6.22,0结点,4,-6.2,6结点,5,0,66结点,6,6.22,6单元,1,2,11,1,1,11,1,1单元,2,3,11,1,1,11,1,1单元,1,4,11,1,1,11,1,1单元,4,5,11,1,1,11,1,1单元,5,6,11

10、,1,1,11,1,1单元,6,3,11,1,1,11,1,1单元,2,5,11,1,0,11,1,0结点支承,1,11,0,0结点支承,3,22,0,0,00结点支承,2,11,0,0单元荷载22,4,5,33,1229.66,0,1,990单元荷载22,1,2,-3,1167.54,0,11,900单元荷载,3,55,1229.336,444.444,00,1,90单元荷载,6,55,444.444,1229.336,00,1,90单元材料性性质,11,6,-1,25220000,0,0,-1单元材料性性质,77,7,840000000,11,0,0,-1其计算简图图如下：2、内力计计算（

11、最最小侧压压力）弯矩图剪力图轴力图3、内力计计算（最最大侧压压力）弯矩图剪力图轴力图（2）弹性性地基梁梁计算内内力1、计算简简图考虑到上部部结构与与土体共共同工作作。采用用超静定定结构的的上部刚刚架结构构与弹性性地基梁梁底板作作为基本本结构。将将上部结结构与底底板分开开计算，再再按照切切口处反反力或变变形相等等，用位位移法或或力法解解出切口口处的未未知位移移或未知知力，并并绘制出出内力图图。计算简图如如下：（计计算跨度度、荷载载同弯矩矩分配法法计算简简图）其结构力学学求解器器中代码码如下：结点,1,-6.2,00结点,2,0,00结点,3,6.22,0结点,4,-6.2,66结点,5,0,66

12、结点,6,6.22,6单元,1,4,11,1,1,11,1,1单元,4,5,11,1,1,11,1,1单元,5,6,11,1,1,11,1,1单元,6,3,11,1,1,11,1,1单元,2,5,11,1,0,11,1,0结点支承,1,44,0,0,00结点支承,3,44,0,0,00单元材料性性质,11,4,-1,25220000,0,0,-1单元材料性性质,55,5,840000000,11,0,0,-12、内力计计算该结构的力力法方程程式简化化为：其中，iij的意意义为jj对应的的单位力力作用下下引起ii处的位位移。包括两部分分的位移移，一是是在上部部刚架上上，单位位力j引起i处发生生的

13、位移移ij；二二是在单单位力jj作用下下，考虑虑弹性地地基引起起的位移移引起的的i处发生生的位移移bij。即ij的的表达式式为：同理，iip也是是有两部部分组成成。如下式，ip是上上部刚架架在外荷荷载作用用下产生生的位移移（不包包括底板板）；而而bip是底板按按弹性地地基梁在在外荷载载q作用下下算出的的对应于于单位力力i 的位位移。即ip的的表达式式为：ijj与ip的计计算根据结构力力学知识识，ij与ip可通通过图乘乘法计算算。在X1作用用下的弯弯矩图（XX1=11）在X2作用用下的弯弯矩图（XX2=11）在外荷载作作用下的的弯矩图图(由于侧壁壁弯矩很很小，取取最小侧侧压力，使使顶板和和底板弯

14、弯矩最大大进行验验算)由X1作用用下的弯弯矩图（X1=1）、X2作用下下的弯矩矩图（X2=1）、外外荷载作作用下的的弯矩图图，经过过图乘法法的计算算，得：11=12=-21=-22=1P=2P=-bij的的计算将底板看作作弹性地地基梁，其其柔度指指标：=其中，k为为地基基基床系数数，根据据基础础工程设设计原理理表11-1 取k=550000KN/m3；b=1m；EI=1.410101120.6因此，=4kb4EI=则l=0.25613=3.328，按照基基础工程程设计原原理中中弹性地地基梁的的分类，按按无限长长梁计算算。弯矩以顺时时针方向向为正，剪剪力以向向下为正正。X1对应的的弹性地地基梁（

15、梁梁高0.6m）计计算模型型为：根据基础础工程设设计原理理表33-4，在在集中力力偶作用用下A点处转转角及FF点竖向向位移为为：w其中Cx=e-x(cosx-sinx)，Dx=e-xcosx均为为x的函数数，其值值可根据据x另外，统一一刚度的的单位，得得bk=50000KNN/m22=0.002EII。带入公式，得得：wX2 对应应的弹性性地基梁梁（梁高高0.66m）计计算模型型为：根据基础础工程设设计原理理表33-4，在在集中力力作用下下A点处转转角及FF点竖向向位移为为：w其中Ax=e-x(cosx+sinx)，Dx=e-xsinx均为为x的函数数，其值值可根据据x另外，统一一刚度的的单位

16、，得得bk=50000KNN/m22=0.002EII。带入公式，得得：w外荷载对应应的弹性性地基梁梁（梁高高0.66m）计计算模型型为：其中F=q根据基础础工程设设计原理理表33-4，在在集中力力作用下下A点处转转角及FF点竖向向位移为为：w其中Ax=e-x(cosx+sinx)，Dx=e-xsinx均为为x的函数数，其值值可根据据x另外，统一一刚度的的单位，得得bk=50000KNN/m22=0.002EII。带入公式，得得：w根据上述可可求（注注意到弯弯矩、轴轴向力符符号均要改变）：bbbbbb由此可解出出力法方方程：解得：X11=2887.55KNm；X2=5200.1KKN上部结构弯

17、弯矩图如如下：下部弹性地地基梁受受到弯矩矩和轴力力的共同同作用，根据基础工程设计原理表3-4，对于半无限限长梁，在集中力作用下和弯矩作用下，其弯矩分别为：MM对于无限长长梁，在在集中力力作用下下，其弯弯矩为：M经过计算，中中隔墙下下最不利利弯矩为为：Mmax=372.46可以看到，相相比起用用弯矩分分配法算算得的弯弯矩，用用弹性地地基梁法法计算的的弯矩明明显小。在在底板的的弯矩计计算中，尤尤其的明明显，中中隔墙下下弯矩只只有弯矩矩分配法法的一半半左右。（3）设计计弯矩、剪剪力、轴轴力考虑到安全全因素，在在计算设设计弯矩矩、剪力力、轴力力，以及及之后的的配筋过过程中，均均按照弯弯矩分配配法算得得

18、的内力力进行计计算。易知，最大大弯矩均均出现在在中轴线线处。然然而，底底板与顶顶板与侧侧墙与中中隔墙现现浇在一一起。截截面刚度度相对较较大，危危险截面面一般出出现支座座边缘。所以，要计计算设计计弯矩、剪剪力和轴轴力。1、顶板与与侧墙交交点（侧侧压力最最大）：M上=MM侧=MQ上Q侧2、顶板与与中隔墙墙交点（侧侧压力最最小）：M上=MQ上3、底板与与侧墙交交点（侧侧压力最最大）：M下=MM侧=MQ下Q侧4、底板与与中隔墙墙交点（侧侧压力最最小）：M底=MQ上底（4）抗浮浮验算取1m宽板板带，进进行验算算。Q浮Q自重Q上覆土所以：K=在安全范围围内。四、配筋计计算（1）材料料参数根据公路路钢筋混混

19、凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范JTGG D662-220044中规定定：C30等级级混凝土土抗压强强度设计计值：ffcd=13.8N/mm22C30等级级混凝土土抗拉强强度设计计值：fftd=1.339N/mm22HPB3335等级级钢筋强强度设计计值：ffyd=2280NN/mmm2除中隔墙外外均按照照压弯构构件进行行配筋，中中隔墙按按照受压压构件进进行配筋筋。采用对称配配筋的形形式，示示意图如如下：（2）跨中中正截面面配筋计计算（除除中隔墙墙外）1、截面尺尺寸构件AB与与CD长度度为l=6.22m，构构件ADD长度为为l=66 m。截面高度hh6000mm。截面宽度bb10000

20、mmm，考虑到结构构为地下下建筑物物，钢筋筋保护层层厚度一一般至少少要增大大10mmm,取取保护层层厚度400mm，取取as55mm。2、确定小小偏心还还是大偏偏心对于C300等级混混凝土，HPB335等级钢筋，界限相对受压区高度b控制内力Nb=在内力计算算中得到到的轴力力都远小小于控制制内力，构构件均认认为是大大偏心构构件。要选取弯矩矩大而轴轴力小的的情况进进行验算算。经比较，选选出下列列情况：对E点，MM=2449.998KNNm；N=1168.08KKN对F点，MM=522.944KNm；N=3375.47KKN对G点，MM=3116.334KNNm；N=2259.78KKN3、配筋计计

21、算(采用对对称配筋筋)根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第5.3.110条规规定，计计算偏心心受压构构件正截截面承载载力时，对对长细比比l0/i17.5的构构件，应应考虑构构件在弯弯矩作用用平面内内的挠曲曲对轴向向力偏心心距的影影响，将将轴向力力对截面面重心轴轴的偏心心距e0乘以偏偏心距增增大系数数，相关关公式如如下：其中：e l00为构件件计算长长度，对对两端固固定的构构件取00.5ll。E截面e由于l0i17.5，考虑虑放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规

22、规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际配筋取取2002000，AS=15570.8mmm2。F截面e由于l0i17.5，考虑虑放大2=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际

23、配筋取取2002000，AS=15570.8mmm2。G截面e由于l0i17.5，考虑虑放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际配筋取取222000，AS=19000.667mmm2。（3）节点点正截面面配筋计计算1、截面尺尺寸构件AB与与CD长度度为l=6.22m，构构件ADD长度为为l=66 m。截

24、面高度hh6000mm。截面宽度bb10000mmm，考虑到结构构为地下下建筑物物，钢筋筋保护层层厚度一一般至少少要增大大10mmm,取取保护层层厚度400mm，取取as55mm。2、确定小小偏心还还是大偏偏心由于由计算算简图算算出的内内力为节节点处内内力，而而实际的的不利截截面是侧侧墙边缘缘处的截截面，对对应此截截面的弯弯矩即为为设计弯弯矩，在在之前已已经求出出。对于C300等级混混凝土，HPB335等级钢筋，界限相对受压区高度b控制内力Nb=在内力计算算中得到到的轴力力都远小小于控制制内力，构构件均认认为是大大偏心构构件。要选取弯矩矩大而轴轴力小的的情况进进行验算算。经比较，选选出下列列情

25、况：对BA点，M=3888.555KNm；N=1168.08KKN对AB点，M=1866.477KNm；N=1168.08KKN对AD点，M=2377.477KNm；N=3668.661KNN对DA点，M=2833.822KNm；N=3668.661KNN对DC点，M=2333.422KNm；N=2559.778KNN对CD点，M=5199.788KNm；N=2559.778KNN3、配筋计计算(采用对对称配筋筋)根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第5.3.110条规规定，计计算偏心心受压构构件正截截面承载载力时，对对长细比比l0/i17.5的构构件，应应考虑构构

26、件在弯弯矩作用用平面内内的挠曲曲对轴向向力偏心心距的影影响，将将轴向力力对截面面重心轴轴的偏心心距e0乘以偏偏心距增增大系数数，相关关公式如如下：其中：e l00为构件件计算长长度，对对两端固固定的构构件取00.5ll。BA截面面e由于l0i17.5，考虑虑放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际配筋取

27、取2001000，AS=31441.66mm2。AB截面面e由于l0i17.5，考虑虑放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际配筋取取2002000，AS=15770mmm2。AD截面面e由于l0i17.5，考虑虑放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力

28、力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际配筋取取2002000，AS=15770mmm2。DA截面面e由于l0i17.5，考虑虑放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际配筋取取2002000，AS=15770mmm2。DC截面面e由于l0i17.5，考虑虑放大1=0.2+2.72=1.5-0.01e=由于x=eA根据公路路钢筋混混凝土及及预应力力混凝土土桥涵设设计规范范规范范第9.1.112条规规定，轴轴心受压压构件和和偏心受受压构件件全部纵纵筋配筋筋率不得得小于00.5%；同时时，一侧侧钢筋配配筋率不不得小于于0.22%。所所以，受受拉区和和受压区区配筋率率都取00.255%。A实际配筋取取222000，AS=1