内力图-地铁盾构计算书

1、最新资料推荐1 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图2q=20kN/m00588KL1L27373B1B2138138D3505500350620000510001005300834546108215292人工填土kN/m3褐黄色粘土kN/m3灰色砂质粉土kN/m3灰色淤泥质粉质粘土3kN/m灰色淤泥质粘土kN/m 3c=12. kPa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：h灰 1350 + 849 * 5043800 mm。按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。1.2 隧道外围荷载标准值计算（ 1） 自重gh25 0.358.

2、75kN / m 2（ 2）竖向土压若按一般公式：n1.0 9.1 1.0 8.7 3.5 48.8 8 446.95 KN / m 2qi hi180.5 8由于i 1h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8mD=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：1最新资料推荐B0 (c / B0 )( htan)( htan)p11 e B0 q e B0tan其中： B0Rc / tan(22.50/ 4)3.1/ tan(22.507.7 0 / 4)6.83m（加权平均值8.9 01.6457.204.2057.70 ）5.856.83(812.2

3、 / 6.83)(48. 8 tan 8.9)(48.8 tan 8.9)2则：p111e6.8320e6.83189.02 KN / mtan 8.9b 普氏公式： p122B0287.92269.73KN / m23tan3tan 8.90取竖向土压为太沙基公式计算值，即：pe1189.02KN / m2。（ 3） 拱背土压G2(1) Rc22(1)2.92527.628.72kN / m44。其中：1.6458.01.287.17.6KN / m3。1.6451.28（ 4） 侧向主动土压q e( pe1h)tan 2 ( 450)2c tan(4502)2其中： pe1189.02KN

4、 / m2，81.6457.14.2057.4KN / m 35.858.901.6457.204.2057.705.8512.21.64512.14.20512.1kPac5.85则： q e1189.02tan 2 ( 4507.70)212.1tan(4507.7 0)121.00KN / m222q e2(189.027.45.85)tan207.70212.107.7 02(45)tan(45) 154.06 KN / m22（ 5） 水压力按静水压考虑：a 竖向水压： pw1=w H w1= 9.8 48.8 = 478.24 KN / m2b 侧向水压： qw1=w H w1=

5、9.8 48.8 = 478.24 KN / m 2q w2 =w H w2= 9.8 (48.85.5) = 532.14 KN / m22最新资料推荐（ 6） 侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量：2(p e1p w1 ) - (q e1q w1 ) - (qe2 qw2 )R c4=24(EI0.0454kR c4 )其中：衬砌圆环抗弯刚度取EI3.451071.00.35 3123265.6KNm 212衬砌圆环抗弯刚度折减系数取0.7；2(189.02478.24) - (139.19478.24) - (154.06532.14)2.9254=24(0.7123265.60.

6、0454200002.9254 )则：2261.110.61710 3 m3666008.57q r = ky = 200000.617 10-312.35KN / m2（ 7） 拱底反力PR= pe1 + g+0.2146Rc- R c w2其中： pe1189.02KN / m2g8.75kN / m21.645 8.01.287.17.6KN / m3 ，与拱背土压1.6451.28对应则： PR = 189.02 + 8.75 + 0.21462.9557.6 - 2.95510174.91KN / m22。（ 8） 荷载示意图图 1-2 圆环外围荷载示意图2 内力计算3最新资料推荐2

7、.1 用荷载 - 结构法按均质圆环计算衬砌内力取一米长度圆环进行计算，其中荷载采用设计值，即考虑荷载组合系数。计算结果如下表 （已考虑荷载组合系数）：隧道圆环内力计算结果: 表 2-1垂直荷载水平荷载水平三角荷载地基抗力自重截面 / 度内力pe1+pw1qe1+qw1qe2+qw2-q e1 -q w1qk=kg每米内力800.71719.09104.3514.8210.500M/KNm1712.65-1538.06-93.00-15.0930.9797.470N/KN0.002103.3395.3815.33-5.122208.930Q/KN0.000.000.000.000.000.008

8、M/KNm1646.30-1478.48-90.28-14.6529.9592.848N/KN45.362062.5994.4515.18-4.472213.118Q/KN-322.78289.8813.272.134.96-12.5440.5M/KNm267.92-240.61-27.18-4.357.673.4640.5N/KN987.851216.1869.2011.6610.212295.1040.5Q/KN-1156.621038.7259.109.9519.83-29.0273M/KNm-1419.851275.1178.0714.51-25.51-77.6773N/KN2141.

9、88179.8016.722.9435.922377.2573Q/KN-654.84588.0854.689.6116.3413.8790M/KNm-1712.651538.06111.6019.18-35.28-79.0890N/KN2342.080.000.000.0048.242390.3390Q/KN0.000.0019.080.005.1224.20105.5M/KNm-1468.031318.38109.1514.09-33.74-60.16105.5N/KN2174.82150.217.263.6852.482388.45105.5Q/KN603.13-541.65-26.17-

10、13.2719.1141.15138M/KNm179.02-160.77-0.73-3.571.2415.18138N/KN1048.631161.60101.4211.3931.942354.98138Q/KN1164.63-1045.91-91.3210.2634.6772.33159M/KNm1272.75-1143.00-91.38-12.1128.2954.54159N/KN300.791833.21177.3014.3113.142338.74159Q/KN783.58-703.70-68.065.4923.6140.92180M/KNm1712.65-1538.06-130.20

11、-15.0939.5868.88180N/KN0.002103.33209.8515.335.122333.62180Q/KN0.000.000.000.000.000.00内力（红色线条）分布图如下：4最新资料推荐92.84M3.46-77.67-79.08-60.1615.1854.5497.4768.88图 2-1 弯矩分布图（ KNm）N2213.112208.932295.102377.252390.332388.452354.982338.742333.62图 2-2 轴力分布图（受压KN）5最新资料推荐0.00-12.54Q-29.0213.8724.2041.1572.33图

12、2-3剪力分布图（ KN）3 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 - 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：EI 0.7 3.4510 71.0 0.35 386285 .92KNm 212而管片的内力： M s(1) M(10.3)92.84120 .69 KNmN s N 2213 .11KN;e0M s120.6957 mm3.2N s2213.11环向钢筋计算假设为大偏心构件。k 1.1 aa /50mm ;eke0ha1.157 17550187.7mm取：2x/采用对称配筋：N

13、bxRW ;NebxRW (h02)Ag Rg (h0a)其中： b = 1000mm ;R W = 23.1N/mm由此： 2390.331031000x23.12/2;钢筋选用 HRB335R g = 3 0 0 N / m m钢，则6最新资料推荐2390.3310 3187.71000 x23.1(300x )Ag/300 (300 50)2得： (2a/100mm)(x 103.48mm)(0.55h0165mm)确为大偏心。由此算出： Ag/0/2/2）。取： AgAg0.2% 1000 300 600mm选配 4B14（ A g=615.75 mm;3.3 环向弯矩平面承载力验算（

14、按偏心受压验算）N sN2390 .33KNiIbh33502A12bh12101mml 065065 02925) /101 32.8/ i (0Rc ) / i (0180180查混凝土结构基本原理表4-1，得轴心受压稳定系数：0.98Ag/2 615.751231.50mm2/1231.503%1 0 0 03 5 0取 A1000350350000 mm2N cu( ARwAg/ Rg/ ) 0.98(35000023.1 1231.50 300) 8285.36 KN N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。V72.33KN65 02925l1

15、800剪跨比：11.1 3.0h0300故取3.0。矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：1.75f t bh0f yvAsvh0 0.07 N cVus1其中：ft混凝土抗拉强度（1.89N/mm 2）fyv钢筋抗剪承载力（HPB235 级， 210N/mm 2）Nc轴向压力（要求0.3 f c A ）检验轴压力上限：0.3 fc A0.323.110003502425.5KNN c2390.33KN又由：7最新资料推荐Vcu1.75 1.89 1000 300 0.07 2390.33 10 3415.38KN V 72.33KN 既不需要计算配箍， 按构造31要求即可。根据混凝

16、土结构基本原理中所述构造要求，选配四肢箍A8200。4 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：G /G P R jKQ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：g 2 RcG ( pe1 pw1 ) 2RcKRc2w8.7522.92528.72667.2622.9252.92521015.2（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

17、度。在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：NcAn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：An(1302312 )12518.46mm24c28000022.4 N / mm2Rw 23.1N / mm2则：12518.46即需在螺帽下设置一定厚度的内径为31mm 、外径为 130mm 的钢圆环垫片。4.3 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：/(bf/b)h ffbh00，8最新资料推荐6502.9251800l 0 / h9.48 14，取 s=1.0 ，0.35y

18、shas35050125mm ，22ess e0y s11.3 97.47 1000 + 125 = 182.36mm ，2208.93z0.870.12(1/f )( h0 ) 2 h0 0.870.12(300) 2 300163.57mmes182.36，N s (esz)3 2ssAs z2390.33 10(182.36-163.57) = 445.88N / mm615.75163.57；再根据桥涵规范6.4.3 条：裂缝宽度：WtkC1C 2C 3ss (30 d)Es0.2810，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/N s

19、=1.5）C3 与构件受力性质有关的系数（取0.9 ）配筋率（ 0.0060.02 ）则： W tk1.01.50.9445.88(3014)0.39mm0.2mm2.0510100.280.006；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：ssN s (esz)2390.33103 (182.36-163.57)= 227.59N / mm2As z1206.37163.57，则： W tk1.01.50.9227.595(3016)0.20mm0.2mm 满足要求。2.0100.28100.006同理，对标准管片进行验算，也需增加配筋为6B16。综上所

20、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：N 1N1 e0c1FW其中：N1螺栓预应力引起的轴向力（由钢结构基本原理取280KN）9最新资料推荐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：N 2M 2c2FW其中：N2、 M 2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：c1N1N 1 e0280000280000 250.457N / mm2FW350 10001/6 1000 3502c

21、2N2M 22213.11 1030.792.8410 63.14N / mm2FW350 10001/6 1000 350 2均为压力，接缝不会张开。由此可得接缝变形量：lc1c2 lE其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）l 涂料厚度（取5mm）则：lc1c2 l0.4572.6953.72mm l 3mmE3若用两只螺栓：l2 c1c 2 l0.45722.69 52.96mm l 3mmE3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）：M = -77.67 0.754.37kN mN =

22、2 3 7 7. 2 5 k NM54.37e00.023mmN2377.25由：X0N + N g = R w bx2377.25 10 3 + 2280000 = 23.11000x10最新资料推荐x127.1mm0.55h0165mm为大偏心受压,则：AgRg ( h0xhx) N ()K e0222Ne0满足要求。2 280000(300 -127.1/2) + 2377.25103 (350/2 -127.1/2)1.552377.251037.2523b 正弯矩接头（8 截面处）：M = 92.84kNmN = 2 2 1 3. 1 1 k NM92.840.042mme02213.11N由：X0N + N g= R w bx2213.1110 3 + 2 280000 = 23.1 1000xx120.05mm0.55h0165mm为大偏心受压,则：Ag Rg ( h0x ) N ( h x)K e0222Ne02 280000(300 -127.1/2) + 2377.25103 (350/2 -127.1/2)2377.25103 81满足要求。5 构造说明2.061.55（ 1） 混凝土保护层厚度地