盾构设计说明书10210123--文树勋Word文档下载推荐.docx
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12.2+2.925+1.28×
12.11.645+2.925+1.28=12.1Kpa,φ=1.645×
8.9°
+2.925+1.28×
7.2°
1.645+2.925+1.28=7.7°
,Po=20KNm2
由于土层位于地下水位以下:
土压力计算采用水土分算法则,取土的浮重度:
γ'
=8KNm3
其中B1的值,通过三角函数关系得:
B1=D2∙cot45°
+φ22=6.22×
cot45°
+8.9°
22=6.73m
则,竖向土压力值q为:
q=1.2×
6.73×
8-12.16.73tan7.7°
×
1-e-13.505)6.73×
tan7.7°
+1.4×
20×
e-13.5056.73×
=109.37KNm2
若,不考虑土层的成拱效应,则作用在拱顶部的土压力q为:
γi∙hi+1.4×
Po=1.2×
0.5×
18+1.0×
8+1.0×
9.1+3.5×
8.7+13.505×
8+1.4×
20=167.91KNm2>
109.37KNm2
可见考虑土层的成拱效应,将会使得作用在拱顶部的土压力值极大的减小,从而在保证设计安全的同时,为工程设计带来巨大的经济效益!
故,在拱顶部荷载计算时,需要考虑拱顶部土层的成拱效应,设计时取拱顶部荷载为:
q=109.37KNm2
3、地面超载q计算(其中在拱顶部土压力计算时,应考虑了地面超载的影响,故在内力计算时,不需要再次进行叠加):
由设计题目可知,地面超载值为:
Po=20KNm2
考虑分项系数,作用在拱顶部的地面超载为:
q=1.4×
20=28KNm2
4、拱背土压力G计算:
由设计题目可知,衬砌圆环的计算半径取:
RH=6.2-0.352=2.925m,拱背处土层浮重度为:
γ‘=8KNm3。
则,拱背土压力值G为:
G=1.2×
2∙1-π4∙RH2∙γ=1.2×
2×
1-π4×
2.9252×
8=35.25KNm
则,作用在拱顶部的均布土压力为:
pe1=109.37+35.256.2=115.36KNm2
5、侧向均匀主动土压力p1计算:
由设计题目可知,计算侧向土压力时需要考虑拱侧土层的抗剪强度指标,其中拱侧具有两层不同性质的土层,需要使用等效抗剪强度指标:
c=1.645×
侧向均匀主动土压力p1为:
p1=q∙tan45°
-φ22-2∙c∙tan45°
-φ2式中第一项在计算拱顶部土压力时已考虑了荷载分项系数,故在此只需对第二项考虑荷载分项系数。
则,侧向均匀主动土压力p1为:
p1=q∙tan45°
-φ22-2×
1.2∙c∙tan45°
-φ2=109.37×
tan45°
-7.7°
22-2×
1.2×
12.1×
2=58.14KNm2
6、侧向三角形主动土压力p2计算:
由设计题目可知,在拱底部的土层内摩擦角为:
φ=7.2°
,土层的浮重度为:
γ‘=7.1KNm3,衬砌圆环的计算半径取:
RH=2.925m
则,侧向三角形主动土压力p2为:
p2=2×
1.2∙RH∙γ∙tan45°
-φ22=2×
2.925×
7.1×
-7.2°
22=38.74KNm2
则,作用在拱侧的梯形主动土压力为:
qe1=58.14KNm2
qe2=58.14+38.74=96.88KNm2
7、作用在盾构管片上的水压力计算(不考虑水压力的折减系数):
由设计题目可知,地下水位的位置为:
h=-0.5m
则,作用在拱顶部的静水压力pw1为:
qw1=1.2×
10×
1.0+1.0+3.5+7.505=156.06KNm2
侧向三角形静水压力pw2为:
qw2=1.2×
2∙RH=1.2×
2.925=70.20KNm2
则,作用在拱侧的梯形静水压力为:
qw1=156.06KNm2
qw2=156.06+70.20=226.26KNm2
作用在拱顶部的静水压力为:
pw1=156.06KNm2
8、侧向土壤抗力qk计算:
由设计题目可知,衬砌圆环刚度折减系数为:
η=0.7,衬砌圆环侧向地层基床系数为:
k=20000KNm3,衬砌圆环的抗弯刚度:
EI=1.179×
104KN∙m2,衬砌圆环计算半径为:
Rc=2.925m
衬砌圆环在水平直径处的变形量δ为:
式中:
pe1=115.36KNm2,pw1=156.06KNm2,qe1=58.14KNm2,qe2=96.88KNm2,qw1=156.06KNm2,qw2=226.26KNm2
则,衬砌圆环在水平直径处的变形量δ为:
δ=2pe1+pw1-qe1+qw1-qe2+qw2+πg∙RH424∙η∙EI+0.0454∙kRH4=2×
262.22+649.80-170.30+649.80-209.04+720.00+10.92*3.14×
2.925424×
0.7×
1.233×
105+0.0454×
20000×
2.9254=0.795x10-3m
则,衬砌圆环所受到的侧向土层的侧向抗力qk为:
qk=k∙δ=20000×
0.795x10-3=15.9KNm2
9、拱底反力PR计算:
由设计题目与计算图示可知:
作用在拱底部的拱底反力PR(作用在衬砌圆环上的荷载竖向平衡原理)为:
PR=pw1+pe1+π∙g
则,作用衬砌圆环的拱底反力PR为:
PR=pw1+pe1+π∙g-π2∙RH∙γw=156.06+115.36+π×
10.92-π2×
10=259.78KNm2
综上所述,如下计算图示中,各荷载值分别为:
g=10.92KNm2,pe1=115.36KNm2,qe1=58.14KNm2,qe2=96.88KNm2,qw1=156.06KNm2,qw2=226.26KNm2,pw1=156.06KNm2,qk=15.90KNm2,
PR=259.78KNm2
第三章、盾构管片内力计算
在以上计算出衬砌圆环所受到的荷载后,可以采用惯用修正法进行衬砌圆环的内力计算。
其中衬砌圆环内力计算公式如下:
使用惯用修正法,假设衬砌圆环为均质圆环,同时考虑接头对于衬砌圆环刚度的影响,则对衬砌圆环的刚度取为:
EJ=ηEJ=0.7×
3.45×
0.35312=8.631×
104KN∙m2,对均质衬砌圆环内力计算结构,考虑接头影响,进行一下处理:
接头处内力:
Mj=1-ξ×
M,Nj=N
非接头(管片)处内力:
Mj=1+ξ×
M,Nj=N(其中ξ=0.3)
运用Excel2007计算衬砌圆环内力:
其中为了能够更加精确地描述圆环内力的变化,对于接头处内力、以及管片内每5度作为一个内力计算点进行计算;
同时由于对称性,可以考虑只计算角度为0—180度的范围内内力值。
利用对称性,可以得出180—360度的内力值:
内力计算表
计算点
内力项
度数
弧度
M
N
Q
0.00
41.32
737.23
187.00
3.26
11.66
866.69
3.74
4.00
0.07
40.69
737.93
-6.15
192.00
3.35
11.90
865.46
6.39
8.00
0.14
38.83
740.01
-12.08
197.00
3.44
12.15
863.71
9.29
13.00
0.23
34.86
744.45
-18.86
202.00
3.53
12.31
861.58
12.51
18.00
0.31
29.29
750.72
-24.58
207.00
3.61
12.28
859.23
16.07
23.00
0.40
22.43
758.53
-28.94
212.00
3.70
11.96
856.85
19.91
28.00
0.49
14.65
767.53
-31.70
217.00
3.79
11.24
854.59
23.95
33.00
0.58
777.30
-32.72
222.00
3.87
10.05
852.60
28.04
38.00
0.66
-1.90
787.43
-31.94
227.00
3.96
8.55
850.96
31.95
43.00
0.75
-9.77
797.49
-29.44
232.00
4.05
4.25
849.60
35.28
48.00
0.84
-16.61
807.06
-25.38
237.00
4.14
-0.63
848.54
37.69
53.00
0.93
-24.55
815.68
-20.20
242.00
4.22
-5.99
847.74
38.86
58.00
1.01
-31.15
823.11
-14.28
247.00
4.31
-11.66
847.17
38.50
63.00
1.10
-36.18
829.22
-8.05
252.00
4.40
-17.44
846.72
36.41
68.00
1.19
-39.53
834.00
-1.96
257.00
4.49
-23.10
846.28
32.46
73.00
1.27
-41.17
837.56
262.00
4.57
-28.40
845.70
26.64
78.00
1.36
-41.19
840.12
8.30
267.00
4.66
-33.14
844.90
14.96
83.00
1.45
-39.71
841.97
11.84
272.00
4.75
-36.95
843.48
14.08
88.00
1.54
277.00
4.83
93.00
1.62
282.00
4.92
98.00
1.71
287.00
5.01
103.00
1.80
292.00
5.10
108.00
1.88
297.00
5.18
113.00
1.97
302.00
5.27
118.00
2.06
307.00
5.36
123.00
2.15
312.00
5.45
128.00
2.23
317.00
5.53
133.00
2.32
322.00
5.62
138.00
2.41
327.00
5.71
143.00
2.50
332.00
5.79
148.00
2.58
337.00
5.88
153.00
2.67
342.00
5.97
158.00
2.76
347.00
6.06
163.00
2.84
352.00
6.14
168.00
2.93
356.00
6.21
173.00
3.02
360.00
6.28
180
3.14159
11.560718
867.33502
1.1472628
根据计算结果,做出衬砌圆环的弯矩图、轴力图、剪力图:
将弯矩图、轴力图、剪力图描于同一图得:
2.1设计信息
2.1.1软件说明
计算采用的软件是:
“同济曙光-盾构隧道计算分析分析软件”,由上海同岩土木工程科技有限公司研制。
2.1.2隧道信息
2.1.2.1断面信息
角度按逆时针旋转,0°
表示水平直径右端点处。
以下除特别说明外均相同,不再赘述。
隧道断面基本几何参数:
参数名
参数值
管片总数
6
关键块K的螺栓数
1
衬砌外直径D1(m)
6.200
右相临块B1螺栓数
3
衬砌内直径D2(m)
5.500
左相临块B2螺栓数
夹角θ1(°
11.00
标准块A螺栓数
夹角θs(°
8.00
注:
(1)θ1--管片右侧第一个螺栓与管片右边缘的夹角;
(2)θs--关键块右侧与y轴的夹角。
具体几何参数:
纵向螺栓几何参数:
编号
角度(°
X坐标(m)
Y坐标(m)
93.00
-0.15
2.92
10
295.50
1.26
-2.64
2
115.50
-1.26
2.64
11
318.00
2.17
-1.96
138.00
-2.17
1.96
12
340.50
2.76
-0.98
4
160.50
-2.76
0.98
13
3.00
0.15
5
183.00
-2.92
14
25.50
205.50
15
48.00
7
228.00
16
70.50
8
250.50
9
273.00
管片几何参数:
名称
起始角(°
终止角(°
计算半径(m)
关键块
82.00
104.50
0.00
左相临块
172.00
标准块
239.50
307.00
14.50
右相临块
隧道位置:
地表至隧道顶部的距离H(m):
13.33
地下水面至隧道顶部的距离Hw(m):
12.83
2.1.3土层参数
土层参数表:
土层
土层名称
土类型
厚度(m)
天然重度γ(kN/m3)
饱和重度γ(kN/m3)
内聚力C(kPa)
内摩擦角φ(°
标贯试验锤击数N
填土
1.500
18.00
19.00
1.00
33.00
粘土
1.000
19.10
20.00
5.00
10.00
17
砂质粉土
3.500
18.70
淤泥质粉质粘土
9.150
12.20
8.90
淤泥质粘土
5.205
17.10
12.10
7.20
2.1.4材料参数
管片材料参数表:
材料名称
混凝土等级
管片实际宽度(m)
管片容重(kN/m2)
衬砌厚度(m)
50号混凝土
C50
26.00
0.350
管片间环向接头:
单位--轴向或剪切刚度:
MN/m;
转动刚度:
MN.m/rad
Kθ(-)
Ks(-)
Kn(-)
Kθ(+)
Ks(+)
Kn(+)
100.0
1000000.0
纵向连接螺栓:
60.0
0.0
80.0
2.1.5设计工况数目:
1
工况1自重+水土压力+地基抗力--弹簧+其它荷载,共5种荷载。
荷载组合系
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