顶管施工管道强度验算

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,,,

,管侧土的重力密度γs=,18.90,kN/m3,,,,管侧土的重力密度γs=,18.90,kN/m3,,

,内摩擦角φ=,20.4,°,,,,内摩擦角φ=,20.4,°,,

,主动土压力系数与内摩擦系数乘积Kaμ=,0.13,,,,,主动土压力系数与内摩擦系数乘积Kaμ=,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》（GB50332-2002）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》（GB50332-2002）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：,,,,,

,γ0S,≤,R,,,,γ0S,≤,R,,

,污水管道重要性系数γ0,=,1,,,,污水管道重要性系数γ0,=,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》（CECS246:2008）计算公式6.2.2-3～5：,,,,,,按照《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246:2008）计算公式6.2.2-3～5：,,,,

,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(γsiBt-2C)Dt,,,,,"FSV,K3=",Cj(γsiBt-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》CECS246:2008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》CECS246:2008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》（CECS246:2008）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》（CECS246:2008）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γ=,26,kN/m3,,,,钢筋混凝土管重度γ=,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γw=,10,kN/m3,,,,管道内污水重度γw=,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》（CECS246:2008）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》（CECS246:2008）6.3.3条，地面堆积荷载传递到管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φc=,0.50,,,,,准永久值系数φc=,0.50,,,

,可变荷载组合系数ψC=,1.00,,,,,可变荷载组合系数ψC=,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》（CECS246:2008）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》（CECS246:2008）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》（CECS246:2008））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》（CECS246:2008））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2α=120°）,,,,,,顶管施工135°土弧基础（计算支承角2α=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,,

,γ0S=,62.08,kN/m,,,,γ0S=,21.31,kN/m,,

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》（CECS143:2002）,,,,,,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》（CECS143:2002）,,,,

,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,,

,γ0S,<,R,,,,γ0S,<,R,,

,故，根据GB50332-2002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。,,,,,,故，根据GB50332-2002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》（CECS246:2008）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》（CECS246:2008）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=,45.60,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》（CECS246:2008）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》（CECS246:2008）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》（CECS246:2008）附录B.0.2，管道内力系数为：,,,,,,根据《给水排水顶管技术规程》（CECS246:2008）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,knA=,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=,59.27,kN·m/m,,,,管道横截面的最大弯矩设计值M=,18.42,kN·m/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》（GB50332-2002）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》（GB50332-2002）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ρte=,0.8,%,,,,钢筋混凝土管道的配筋率ρte=,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=,4,mm,,

,受弯、大偏心受压构件，系数α1=,0,,,,,受弯、大偏心受压构件，系数α1=,0,,,

,受弯构件，系数α2=,1.0,,,,,受弯构件，系数α2=,1.0,,,

,钢筋表面特征系数ν=,1.0,,,,,钢筋表面特征系数ν=,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=,0.5bh0ρte,=,860,mm2,,受拉钢筋的截面面积AS=,0.5bh0ρte,=,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,,,,

,σsq=,368.48,N/mm2,,,,σsq=,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,,,,

,ψ=,0.573,,,,,ψ=,0.161,,,

,取值ψ=,0.573,,,,,取值ψ=,0.400,,,

,计算最大裂缝宽度ωmax=,0.154,mm,<,0.2mm,,计算最大裂缝宽度ωmax=,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》（GB50332-2002）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》（GB50332-2002）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ρte=,0.8,%,,,,钢筋混凝土管道的配筋率ρte=,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α1=,0.020,,,,,大偏心受拉构件，系数α1=,0.021,,,

,大偏心受拉构件，系数α2=,1.053,,,,,大偏心受拉构件，系数α2=,1.057,,,

,钢筋表面特征系数ν=,1.0,,,,,钢筋表面特征系数ν=,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=,0.5bh0ρte,=,860,mm2,,受拉钢筋的截面面积AS=,0.5bh0ρte,=,480,mm2

,位于偏心力一侧的钢筋至截面近侧边缘的距离,a′=,20,,,,位于偏心力一侧的钢筋至截面近侧边缘的距离,a′=,20,,

,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,,,,

,σsq=,391.82,N/mm2,,,,σsq=,265.24,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,,,,

,ψ=,0.629,,,,,ψ=,0.176,,,

,取值ψ=,0.629,,,,,取值ψ=,0.400,,,

,计算最大裂缝宽度ωmax=,0.183,mm,<,0.2mm,,计算最大裂缝宽度ωmax=,0.113,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。,,,,

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