内力图-地铁盾构计算书

设计荷载计算结构尺寸及地层示意图图1-1结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：。按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。隧道外围荷载标准值计算（1）自重（2）竖向土压若按一般公式：由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m，属深埋隧道。应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a太沙基公式：其中：（加权平均值）则：b普氏公式：取竖向土压为太沙基公式计算值，即：。（3）拱背土压。其中：。（4）侧向主动土压其中：，则：（5）水压力按静水压考虑：a竖向水压：b侧向水压：（6）侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量：其中：衬砌圆环抗弯刚度取衬砌圆环抗弯刚度折减系数取；图2-2轴力分布图（受压KN）图2-3剪力分布图（KN）标准管片(B)配筋计算3.1截面及内力确定由上述内力计算，取80截面处内力进行内力计算。根据修正惯用法中的η-ξ法，由于纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低，取圆环整体刚度为：而管片的内力：;3.2环向钢筋计算假设为大偏心构件。取：;采用对称配筋：;其中：;;钢筋选用HRB335钢，则由此：得：确为大偏心。由此算出：取：;选配4B14（A/g=615.75mm2）。3.3环向弯矩平面承载力验算（按偏心受压验算）查《混凝土结构基本原理》表4-1，得轴心受压稳定系数：取;满足要求。3.4箍筋计算根据《混凝土结构基本原理》，按照偏心受压构件进行计算。剪跨比：故取。矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：其中：ft——混凝土抗拉强度（1.89N/mm2）fyv——钢筋抗剪承载力（HPB235级，210N/mm2）Nc——轴向压力（要求）检验轴压力上限：又由：既不需要计算配箍，按构造要求即可。根据《混凝土结构基本原理》中所述构造要求，选配四肢箍A8@200。基本使用阶段验算4.1抗浮验算盾构隧道位于含地下水的土层中时受到地下水的浮力作用，故需验算隧道的抗浮稳定性，用抗浮系数：其中：G/——隧道自重G——拱背土压力P——垂直荷载Rj——井壁与土壤间摩擦力Q——水浮力则：（注：上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小，为计算简便，将摩擦力忽略不计）满足要求。4.2管片局部抗压验算由于管片连接时在螺栓上施加预应力，故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：其中：N——螺栓预应力（同上，取280KN）An——螺帽（或垫片）与混凝土接触净面积，取：则：即需在螺帽下设置一定厚度的内径为31mm、外径为130mm4.3管片裂缝验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即00截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。根据桥涵规范6.4.4条：，，取ηs=1.0，，，，；再根据桥涵规范6.4.3条：裂缝宽度：，其中：C1——钢筋表面形状系数（对带肋钢筋取1.0）C2——作用长期影响系数（取1+0.5N1/Ns=1.5）C3——与构件受力性质有关的系数（取0.9）——配筋率（）则：；不满足要求，需增加钢筋。经计算，钢筋改配为6B16即可满足要求，验算过程如下：，则：满足要求。同理，对标准管片进行验算，也需增加配筋为6B16。综上所述，衬砌管片的配筋量由裂缝要求控制。弯矩越小，裂缝越大？4.4管片接缝张开验算管片拼装之际由于受到螺栓（8.8级），在接缝上产生预应力：其中：N1——螺栓预应力引起的轴向力（由《钢结构基本原理》取280KN）e0——螺栓与重心轴偏心距（取25mm）F、W——衬砌截面面积和截面距当接缝受到外荷载，由外荷载引起的应力：其中：N2、M2——外荷载，由外荷载引起的内力F、W——衬砌截面面积和截面距选取最不利接缝截面（80），计算如下：均为压力，接缝不会张开。由此可得接缝变形量：其中：E——防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）l——涂料厚度（取5mm）则：若用两只螺栓：即环向每米宽度内选用两只螺栓即可满足要求。4.5纵向接缝强度验算近似地把螺栓看作受拉钢筋，由此进行强度验算。a负弯矩接头（73°截面）：由：为大偏心受压,则：满足要求。b正弯矩接头（8°截面处）：由：为大偏心受压,则：满足要求。构造说明混凝土保护层厚度地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内测相对湿度较高。故受力钢筋保护层厚度最小厚度比地面机构增加5~10mm。本设计中c=40mm。横向受力钢筋为便于施工，将横向钢筋与纵向分布钢筋制成焊网。外侧横向钢筋为一闭合钢筋圈，内侧钢筋则沿横向通常配置。分布钢筋由于考虑混凝土的收缩、温差影响、不均匀沉降等因素的作用，必须配置一定数量的纵向分布钢筋。纵向分布钢筋的配筋率：顶、底板应大于0.15%，对侧墙应大于0.20%，则本设计的纵向分布钢筋：顶、底板（一侧）：，配B12@250(As=452mm2)；侧墙（一侧）：，配B14@250(As=616mm2)；中墙（一侧）：，配B12@250(As=452mm2)。箍筋断面厚度足够，不用配置箍筋。刚性节点构造框架转角处的节点构造应保证整体性，根据此处钢筋的布置原则，此点构造说明如下：a沿斜托单独配置直线钢筋B12@200；b沿着框架转角处外侧的钢筋，其钢筋弯曲半径R=200mm＞18×10=180mm；c为避免在转角部分的内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧钢筋无联系，是表面混凝土容易脱落，故在角部配置箍筋B12@100锚固长度根据桥涵规范9.1.4条规定，取:受压钢筋：la≥25d=25×18