计算书新版.doc

目录
1设计资料 1
1.1结构尺寸及地层示意图 1
2荷载计算 2
2.1自重 2
2.2竖向均布地层荷载 2
2.3水平均布地层荷载 2
2.4按三角形分布的水平均布地层压力 3
2.5拱底反力 3
2.6侧向土层抗力 3
2.7荷载示意图 4
3衬砌内力计算 4
4标准管片配筋计算 5
4.1环向钢筋计算 5
4.1.1按最大负弯矩配筋计算 5
4.1.2按最大正弯矩配筋计算 6
4.1.3环向弯矩平面承载力计算 8
4.1.4箍筋计算 8
5隧道抗浮验算 8
6纵向接缝验算 9
6.1接缝强度验算 9
6.1.1.负弯矩接头（105°截面） 9
6.1.2正弯矩接头（10°截面） 10
6.2接缝张开裂度验算 11
7裂缝张开验算 12
8环向接缝验算 13
9管片局部抗压验算 14
10构造说明 15
11参考文献 16

1设计资料
1.1结构尺寸及地层示意图
如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道的横断面，由一块封顶块K，两块邻结块L，两块标准块B以及一块封底块D六块管片组成，衬砌外径6200mm，厚度为350mm，采用通缝拼装，混凝土强度为C50，环向螺栓为5.8级，地层基床系数。管片裂缝宽度允许值为0.2mm,接缝张开允许值为3mm。地面超载为20KPa。试计算衬砌受到的荷载，并用荷载结构法，按均质圆环计算衬砌的内力，画出内力图，并进行隧道抗浮,管片局部抗压,裂缝,接缝张开等验算及一块标准管片配筋计算。

图一：结构尺寸及地层示意图

如图，按照课程设计规定，调整灰色淤泥质粉质粘土上层厚度（ABC=103）：
1355+103×80=9595mm
2荷载计算
2.1自重
自重：
式中：－钢筋混凝土重度，一般采用
－管片厚度
2.2竖向均布地层荷载
①竖向地层荷载：

②地面超载：

③近似均布拱背土压力：

其中：

竖向均布地层荷载：
2.3水平均布地层荷载

其中：
－衬砌圆环侧向各个土层土壤重度的加权平均值
－衬砌圆环侧向各个土层土壤内摩擦角的加权平均值
－衬砌圆环侧向各个土层土壤粘聚力的加权平均值

则水平地层均布荷载：

2.4按三角形分布的水平均布地层压力
其中：

2.5拱底反力

2.6侧向土层抗力

其中：
由《混凝土结构设计规范》知：C50，
衬砌圆环抗弯刚度:
衬砌圆环抗弯刚度折减系数:
地层基床系数：
圆环水平直径处受荷载后最终半径变形值：

则侧向土层抗力：

取
2.7荷载示意图
0
图一：结构尺寸及地层示意图
3衬砌内力计算
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，隧道圆环内力计算表，见附表。
由表中数据可知：
10°最大正弯矩，轴力最小
105°最大负弯矩。轴力最大
4标准管片配筋计算
由上述内力计算，取，进行内力计算，衬砌管片同时受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。简化模型为b=1000mm，h=350mm，保护层厚度取50mm。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减少，取整体圆环刚度为，取。
4.1环向钢筋计算
4.1.1按最大负弯矩配筋计算
取105°断面的最大负弯矩、最大轴力。
、进行计算。
假设为大偏心构件：
根据修正惯用法中的法，在计算衬砌内力的时候是增长的。
因此，考虑修正系数，在最大负弯矩时：

取：

采用对称配筋：
其中：，，
钢筋选用HRB355钢，则：
由此：
得：

近似取：
经验证，按最大负弯矩配筋时为大偏心构件。对取矩：

由此算出：

因此选配（%）
4.1.2按最大正弯矩配筋计算
取10°断面的最大正弯矩、最小轴力。
、进行计算：
假设为大偏心构件：
根据修正惯用法中的法，在计算衬砌内力的时候是增长的。
因此，考虑修正系数，在最大正弯矩时：

假设为大偏心构件:

取：

采用对称配筋：
其中：，，
钢筋选用HRB355钢，则：
由此：
得：

近似取：
经验证，按最大正弯矩配筋时为大偏心构件。对取矩：
由此算出：

因此选配
从安全角度考虑按最大正弯矩配筋。
4.1.3环向弯矩平面承载力计算

根据《混凝土结构设计原理》表5-1，得轴心受压稳定系数：
，
纵向配筋率：

故满足环向弯矩平面承载力规定。
4.1.4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。由于衬砌圆环所受剪力很小，故按构造规定配置箍筋即可。根据《混凝土结构基本原理》中所述构造规定，选配双肢箍，箍筋采用HPB300，直径为10mm，间距150mm的钢筋。10@150。
5隧道抗浮验算
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。
抗浮系数：

式中：
—隧道自重
G—拱背土压力
P—垂直荷载
F—水浮力
则：

其中：水压力：
故满足隧道抗浮规定。
6纵向接缝验算
6.1接缝强度验算
近似地把螺栓看作受拉钢筋，假设选用1根螺栓。按偏心受压钢筋混凝土截面进行计算。
6.1.1.负弯矩接头（105°截面）
取105°断面的最大负弯矩、最大轴力。采用修正惯用法，在接头验算的时候需要修正，在接头处折减。
、进行计算。

其中：—螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹
由

得：
为大偏心受压,则：

故负弯矩接头处满足规定。
6.1.2正弯矩接头（10°截面）
取10°断面的最大正弯矩、最小轴力。采用修正惯用法，在接头验算的时候需要修正，在接头处折减。
、进行计算。

其中：—螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹
由

得：
为大偏心受压,则：

故正弯矩接头处满足规定。
6.2接缝张开裂度验算
由于弹性密封条采用氯丁橡胶和水膨胀橡胶复合而成，其弹性模量E很小，因此假设环向螺栓达成抗拉极限值时，衬砌外侧的张开量进行验算。
本设计环向螺栓为5.8级，在接缝上产生预应力：

式中：
—螺栓预应力引起的轴向力，取M30细螺纹( )
—螺栓与重心轴偏心距（取25mm）
—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：

式中：
、—外荷载，由外荷载引起的内力
—衬砌截面面积和截面距
选取不利接缝截面（105°），、计算如下：

由此可得接缝变形量：

式中：
E—防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）
l—涂料厚度（取4mm）
n—螺栓个数。
则：
环向每米宽度内选用1只螺栓即可满足规定，但是根据以上接缝强度计算每沿米宽度需要2只螺栓才干满足规定。考虑安全问题，所以取2只螺栓。
7裂缝张开验算
取最大负弯矩处进行裂缝验算（即105°截面），此处满足规定，则其他位置亦可满足。

根据GB50010-2023的8.1.2对的偏心受压构件可不验算裂缝宽度。所以，管片裂缝张开满足规定。
8环向接缝验算
环缝的综合伸长量：
其中:管片伸长量:
纵向螺栓伸长量:
管片弯矩取最大值，即为105°时弯矩最大
混凝土面积：
按环形断面计算：

混凝土：
则管片伸长量：

计算纵向螺栓（采用M30细螺纹，45钢）
，，螺栓长度为160mm

则纵向螺栓伸长量：

满足规定
9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。圆形衬砌外径为6200mm，内径5500mm，盾构外径6340mm，盾构千斤顶中心线直径5815mm，盾构千斤顶共24台，每台最大顶力为1500Kn，顶块受力面积尺寸为。
根据规范GB50010-2023，验算

式中：
—局部受压面上作用的局部荷载或局部压力设计值,取1500kN；
—混凝土轴心抗压强度设计值，取23.1N/mm2。
—混凝土强度影响系数,取1.0；
—混凝土局部受压时的强度提高系数；
—混凝土局部受压面积，取
—混凝土局部受压净面积，取
—局部受压的计算底面积；

故满足管片局部抗压规定。
10构造说明
1. 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长5~10mm。本设计中c=50mm。
2. 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%。
3.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。

4.刚性节点构造：框架转角处的节点构造应保证整体性。
5.箍筋：断面厚度足够，不用配置箍筋。
6.端部钢筋弯起:根据根据《公路隧道设计规范-JTG D70-2023》,并考虑施工方便，端部钢筋弯起均取为50mm。
7.锚固长度：根据《公路隧道设计规范-JTG D70-2023》取:受压钢筋：la≥25d=25×18=450mm；受拉钢筋（直端）：la≥30d=30×18=540mm，la≥30d=30×12=360mm；受拉钢筋（弯钩端）：la≥25d=30×18=450mm。
11参考文献
1.《混凝土结构基本原理》 顾祥林主编 同济大学出版社
2.《地下建筑结构》 朱合华主编 中国建筑工业出版社
3.《盾构隧道衬砌设计指南》 国际隧协编写 翟进营 译
4.《钢筋混凝土原理》 过镇海主编 清华大学出版社
5.混凝土结构设计规范 GB50010-2023