某工程A隧洞5类围岩衬砌及配筋计算书Word文档下载推荐.docx
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结构重要性系数00.9,设计状况系数持久1.0、短暂0.95、偶然0.85,永久荷载分项系数G1.05(0.95),可变荷载分项系数Q1.20,偶然作用分项系数A1.0,结构系数d1.2。
按承载能力极限状态计算时荷载分项系数:
衬砌自重作用分项系数
1.05(有利)、0.95(不利)
围岩压力作用分项系数
1.0
外水压力作用分项系数
灌浆压力作用分项系数
1.3
1.4计算工况和荷载组合
检修期:
围岩压力+衬砌自重+外水压力施工期:
围岩压力+衬砌自重+外水压力+灌浆压力注:
以检修期作为控制工况,施工期灌浆时采取必要的支护措施。
2计算方法
首先采用理正岩土计算软件进行受力分析计算,然后在软件计算结果的基础上进行配筋计算
2.1参数取值
⑴基本参数
衬砌断面类型:
底板半宽:
底板厚度:
侧墙高度:
侧墙厚度:
顶拱半中心角:
顶拱拱脚厚度:
顶拱拱顶厚度:
底板围岩弹抗系数:
侧墙围岩弹抗系数:
顶拱围岩弹抗系数:
衬砌的弹性模量:
外水压力折减系数(β):
混凝土等级:
纵筋等级:
⑵围岩压力计算
①垂直、水平均布围岩压力
圆拱直墙形
1.150(m)
0.300(m)
1.550(m)
90.000(度)
100.000(MN/m3)
25500.000(MPa)
0.400
C20
Ⅲ级
根据地质资料,隧洞围岩物理力学参数值见下表:
隧洞围岩参数建议值表2.1-1
隧洞名称
A隧洞
围岩类别
III
IV
V
围岩重度(KN/m3)
25
坚固系数fk
2.5
1.75
0.5
围岩似内摩擦角(°
)
70
65
60
围岩单位抗力系数(MPa/cm)=100MN/m3
5
3
1
根据《水工隧洞设计规范SL279-2002》6.2.4规定和表2.1-1计算围岩压力:
垂直方向
qv(0.2~0.3)rB
水平方向qh(0.05~0.1)rH
式中qv——垂直均布围岩压力,kN/m2;
qh——水平均布围岩压力,kN/m2;
r——岩体重度,kN/m3;
B——隧洞开挖宽度,m;
H——隧洞开挖高度,m。
计算表格如下表:
围岩压力计算表表2.1-2
序号
已知参数
计算结果
围岩类别
断面尺寸(m×
m)
开挖宽度
B(m)
开挖高度
H(m)
重度γ(kN/m3)
均布垂直山岩压力qv(kN/m2)
均布水平山岩压力qh
(kN/m2)
Ⅴ
2.0×
2.4
2.6
19.5
7.5
2
Ⅳ
Ⅲ
注:
式qv(0.2~0.3)rB、qh(0.05~0.1)rH中,系数分别取为0.3、0.1。
②底部围岩压力
按整体计算隧洞单位米长断面受力情况,则
底部围岩压力=qv+1m长衬砌自重/计算宽度
2=19.5+(π×
1.15+2×
1.55+2.3)×
0.3×
25/2.3=48.89kN/m2
⑶外水压力:
取5m计。
⑷灌浆压力:
200kPa。
2.2计算简图
图2.2-1计算简图
3理正计算结果
理正软件计算得出的弯矩、轴力、剪力图如下:
图3-1轴力图(单位:
kN)
图3-1剪力图(单位:
图3-1弯矩图(单位:
kN·
m)
4衬砌配筋计算
4.1计算情况
取1m长断面进行计算,按下列几种情况分别进行计算,取最大值最为最终
结果
配筋参数
表4.1-1
序号
M(KN·
m)
N(KN)
e0=M/N(m)
位置
备注
3.6
33.7
0.107
拱顶
偏心受压
1.1
52.2
0.021
侧墙顶部
18.2
63.2
0.288
侧墙底部
4
30.3
底板端点
受弯
18.1
底板跨中
弯矩和轴力均为设计值。
计算参数:
22
C20砼,fc=9.6N/mm2;
HRB400钢筋,fy=fy'
=360N/mm2;
断面b×
h=1000mm×
300mm,h0=h-a=300-50=250mm;
as=as'
=50mm。
4.2偏心受压计算
4.2.1取值
计算偏心距增大系数值时,将无压隧洞衬砌的顶拱连同侧墙近似作为一个无铰拱结构考虑,其拱轴线长度S采用顶拱长加一个侧墙长。
根据《水工混凝土结构设计规范(DL/T5057-2009)》9.3.9规定,按下式进行计算:
11
1400e0/h0
l0212h12
(4.2.1-1)
0.5fcA
1dN
(4.2.1-2)
l0
21.150.010
(4.2.1-3)
h
式中:
e0——轴向力对截面重心的偏心距,在式(4.2.1-1)中,当e0h0/30时,取e0h0/30;
l0——构件的计算长度,无铰拱结构l00.36S;
h——截面高度,300mm;
h0——截面有效高度,h0ha30050250mm;
A——构件的截面面积,1000×
300=3×
105mm2;
1——考虑截面应变对截面曲率的影响系数,当1>
1时,取1=1.0;
2——考虑构件长细比对截面曲率的影响系数,当l0/h15时,当构件长细比l0/h(或l0/d)≤8时,可取=1.0。
故
S=π×
1.15+1.55=5.16m
l0=0.36S=0.36×
5.16=1.86m
l0/h1860/3006.28,短柱,取=1.0
1、e01.0107107mm0.3h078mm,大偏心受压
2、e01.02121mm0.3h078mm,小偏心受压
3、e01.0288288mm0.3h078mm,大偏心受压
2=1.0。
4.2.2配筋计算
1、大偏心受压:
ee0has=107+150-50=207mm
取NudN=1.2×
33.7×
103=40400N,ξ=ξb=0.518
dNefcbh02(10.5)
As
fy(h0as)
404020079.6100025200.518(10.50.51)8<
360250
按最小配筋率:
Asminbh00.20%1000250500mm2
dNefyAs(2h0as)404001073605020200<
fcbh029.610002502
ξ<
0
则:
ee0has=107-150+50=7mm
dNe
fy(h0as)
4040072
=3.9mm<
minbh0
360200min0
2、小偏心受压:
ee0has=21+150-50=121mm
取Asminbh00.20%1000250500mm2
52.2×
103=62640N,
BB24AC
2Ah0
其中:
A=0.5fcb=0.5×
9.6×
1000=4800mm2
BfcbasfyAs(1as/h0)9.6100050360500150/250
csys0.8b0.80.518
=30638
CdN(0.5he0as)fyAs0.8(h0as)0.8b
=-62640×
(0.5×
300-21-50)-360×
500×
0.8×
200/(0.8-0.518)
8
=-1.1×
108
BB24AC30638306382448001.1108
2Ah024800250
=0.59<
1.6-ξbdNefcbh02(10.5)
626401219.6100025020.59(10.50.59)<
360250<
3、大偏心受压:
ee0has=288+150-50=388mm
02s
63.2×
103=75840N,ξ=ξb=0.518
758430889.6100025200.518(10.50.51)8<
360250<
dNefyAs(h0as)75840388360500200s22<
0sfcbh029.610002502
ee0has=288-150+50=188mm
dNe758401882
Asd=198.0mm2<
fy(h0as)360200
4.3受弯计算
取底板弯矩最大设计值计算:
112s1120.0360.037<
ξb=0.518
=246.7mm2<
4.4计算结果
侧墙、顶拱和底板均按照最小配筋率选配钢筋,选配的单侧受力钢筋截面面积不得小于500mm2。
5抗裂验算
5.1计算公式
根据《水工混凝土结构设计规范(DL/T5057-2009)》10.1.1规定,按下式进行计算:
偏心受压构件:
NkmctftkA0W0(5.1-1)
e0A0W0
受弯构件:
MkmctftkW0(5.1-2)
Nk、Mk——按标准组合计算的轴向力值、弯矩值;
ct——混凝土拉应力限制系数,ct=0.85;
ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值,C20砼,ftk=1.54N/mm2;
m——截面抵抗矩塑性系数,矩形截面为1.55,考虑截面高度影响,进行
修正m(0.7300/h)1.55(0.7300/300)1.552.6351.11.551.705;
A0——换算截面面积,A0AcEAsEAs=1000×
300+7.84×
500+7.84×
500=307840mm2,As、As为受拉、受压钢筋截面面积;
e0——轴向力对截面重心的偏心距;
E——钢筋弹性模量Es与混凝土弹性模量Ec之比,HRB400钢筋,Es=2.0
5242
×
105N/mm2,C20砼,Ec=2.55×
104N/mm2,即EEs/Ec=7.84;
W0——换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩,W0I0/(hy0)=2.33×
97
109/(300-146.8)=1.52×
107;
y0——换算截面重心至受压边缘的距离,y0AcycEAsh0EAsas=(300
AcEAsEAs
1000×
300/2+7.84×
250+7.84×
50)/307840=146.8mm;
I0——换算截面对其重心轴的惯性矩,
2223
I0IcAc(y0yc)2EAs(h0y0)2EAs(y0as)2=1000×
300/12+1000
300×
(146.8-150)2+7.84×
500×
(250-146.8)2+7.84×
500×
(146.8-50)2=2.33×
109mm4;
Ac——混凝土截面面积,1000mm×
300mm;
h——截面全高,300mm。
5.2计算情况
表5.2-1
取1m长断面进行计算,按下列几种情况分别进行计算
3.7
34.9
0.106
1.2
53.1
0.023
18.3
63.5
抗裂验算参数
弯矩和轴力均为标准值。
5.3偏心受压计算
按最不利组合即e0取最大值时计算:
mctftkA0W0e0A0W0
1.7050.851.543078401.52107
7142.2kNNk63.5kN
2883078401.52107k
满足抗裂要求,可不再进行裂缝宽度验算。
5.4受弯计算
mctftkW01.705×
0.851.541.5210733.9kNmMk
6斜截面抗剪验算
6.1计算公式
偏心受压构件如能符合
根据《水工混凝土结构设计规范(DL/T5057-2009)》9.5.9和9.5.3之规定:
Vc0.07N时,则不需要进行斜截面受剪承载力计
算;
受弯构件如能符合V1Vc时,则不需要进行斜截面受剪承载力计算。
d
V——构件斜截面上的剪力设计值;
N——与剪力设计值V相应的轴向压力设计值,当N1(0.3fcA)时,取d
N(0.3fcA)=1/1.2×
9.6×
300=720kN,A为构件的截面面积;
d
Vc——混凝土的受剪承载力,
Vc0.7ftbh0=0.7×
1.10×
250=192.5kN;
t——混凝土轴心抗拉强度设计值,C20砼,ft=1.10N/mm2
6.2计算情况
抗剪验算参数
表6.1-1
V(KN)
7.1
6.3偏心受压计算
1、Vc0.07N=1/1.2×
192.5+0.07×
33.7=162.8kN>
V=0kNdc
满足抗剪要求。
0.07N=1/1.2×
52.2=164.1kN>
V=7.1kN
满足抗剪要求
3、1Vc0.07N=1/1.2×
63.2=164.8kN>
V=30.3kNdc
6.4受弯计算
4、Vc=1/1.2×
192.5=160.4kN>
V=63.2kNd
5、Vc=1/1.2×
V=0kNd
7配筋结果
根据计算结果,受力筋选用C14@150(单侧),实配AsAs1026mm2,
分布筋选用A10@200。
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- 工程 隧洞 围岩 衬砌 计算