地下建筑结构课件—盾构法装配式圆形衬砌结构2市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

建筑工程学院,CACE,（三）按多铰圆环计算圆环内力,（1）日本山本稔法,基本假定：,适合用于圆形结构,衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。,衬砌环外围土抗力按均变形式分布，土抗力计算要满足衬砌环稳定性要求，土抗力作用方向所有朝向圆心。,计算中不计及圆环与土壤介质间摩擦力，这对于满足结构稳定性是偏于安全。,土抗力和变位间关系按文克列尔公式计算。,四、衬砌内力计算,第1页,第1页,（三）按多铰圆环计算圆环内力,（1）日本山本稔法,计算办法,结构按静定结构分析,衬砌各个截面处地层抗力,四、衬砌内力计算,第2页,第2页,解1-2杆,日本山本稔法,第3页,第3页,解2-3杆,日本山本稔法,第4页,第4页,解3-4杆,日本山本稔法,第5页,第5页,计算注意点,衬砌圆环各个截面上值与侧向或底部作用荷载叠加后数值要求有一定控制，不能超越一允许值。,圆环除强度计算外，还得计算其变形及稳定要求。,圆环破坏条件,以非约束铰为中心三个铰（,i-1）、（i）、（i+1）,座标系统排列在始终线上，由结构丧失稳定。,（三）按多铰圆环计算圆环内力,第6页,第6页,（2）苏联多铰圆环内力计算,苏联这种多铰圆环设计计算办法与日本山本办法最大差别在于苏联办法认为衬砌与地层之间不产生相正确位移，而山本法则认为衬砌环与地层间能完全自由滑移，而忽略了地层土抗力切线部分。,（三）按多铰圆环计算圆环内力,第7页,第7页2）苏联多铰圆环内力计算,内力计算结果比较,（三）按多铰圆环计算圆环内力,第8页,第8页,衬砌结构在各个工作阶段内力计算完成后，就可分别或组合几个工作阶段内力情况进行断面选择。断面选择在各个不同工作阶段含有不同内容和要求，在基本使用荷载阶段，需进行抗裂或裂缝限制，强度和变形等验算，而在组合基本荷载阶段和特殊荷载阶段衬砌内力时，普通仅进行强度检验，变形和裂缝开展可不给予考虑。,五、衬砌断面选择,第9页,第9页,抗裂计算,偏压构件断面上内力分别为弯矩,M、,轴向力,N。,混凝土抗拉极限应变值,（一）抗裂及裂缝限制计算,受拉钢筋应变值,混凝土最大压应变,受压钢筋应变值,第10页,第10页,求出裂缝出现前中和轴位置,（一）抗裂及裂缝限制计算,对偏心距,e,0,第11页,第11页,隧道衬砌结构强度计算往往是先假定衬砌混凝土横断面尺寸：宽度及厚度，依据使用上要求，给定混凝土标号（普通装配式构件标号大都选取在400号以上）和钢筋种类（当前国内用得较多是16,Mn）,要求选择钢筋面积。,当构件承受瞬时荷载时，建筑材料强度指标可按特殊要求适当提升。,强度计算和配筋选择可按普通钢筋混凝土偏压构件计算。,（二）、衬砌断面强度计算,第12页,第12页,首先判断偏压截面偏心距,（二）、衬砌断面强度计算,属于大偏心受压,属于小偏心受压,先假定中和轴,计算出 为负值时，阐明混凝土受压区强度已够，按结构需要配设钢筋,第13页,第13页,混凝土受压区高度,x,已不等于0.55,h，,必须重行计算,（二）、衬砌断面强度计算,在计算出中和轴,x,后，再代入下式,第14页,第14页,时，应按受压钢筋 为矩心力矩平衡公式计算，并假定混凝土应力和受压钢筋应力作用点重叠,（二）、衬砌断面强度计算,为偏于安全计，计算公式中常不采 用 而采用,第15页,第15页,时，属于小偏心受压。,（二）、衬砌断面强度计算,时，受压筋配得较多，而破坏也许发生在 一侧,第16页,第16页,衬砌圆环水平直径变形计算,（三）、衬砌圆环直径变形计算,第17页,第17页,各种荷载条件下圆环水平直径变形系数,(三)、衬砌圆环直径变形计算,编号,荷,重,形,式,水平直径处（半径方向）,图,示,1,铅直分布荷重,2,水平均布荷重,3,等边分布荷重,0,4,等腰,分布荷重,5,自,重,第18页,第18页,（一）接缝张开验算,管片拼装之际由于受到螺栓预应力作用，在接缝上产生预压应力,(四)、纵向接缝计算,当接缝受到外荷后应力状态,第19页,第19页,（一）接缝张开验算,最后接缝应力,(四)、纵向接缝计算,接缝变形量,裂缝不张开,无拉应力,拉应力小于涂料粘结力,伸长量小于涂料弹性变形量,第20页,第20页,（二）纵向接缝强度计算,接缝强度计算时,，,近似地把螺栓看作受拉钢筋按钢筋混凝土截面进行。,普通先假定螺栓直径、数量和位置，然后对接缝强度安全度进行验算。,(四)、纵向接缝计算,计算中和轴,x,第21页,第21页,(四)、纵向接缝计算,属于大偏心受压,属于大偏心受压,满足,K1.55,第22页,第22页,纵向接缝中环向螺栓位置,a（,高度）设置,管片厚度不小于,400,mm,设双排螺栓,，,内外排螺栓孔位置离管片内外二侧不小于,100,mm,管片厚度小于,400,mm,设有单排螺栓，则螺栓孔位置大体为管片厚度,1/3,处。,(四)、纵向接缝计算,第23页,第23页,环缝综合伸长量,(五）、环缝近似计算,管片伸长量,纵向螺栓伸长量,环缝合成刚度,环缝合成抗弯强度,第24页,第24页,例 1）16只纵向螺栓抗弯强度（不按合成断面考虑），,M30,纵向螺栓，45钢,(五）、环缝近似计算,第25页,第25页,2）钢筋混凝土管片纵向抗弯强度，配纵向钢筋79,10，,(五）、环缝近似计算,混凝土面积,按环形横断面计算,第26页,第26页,3）钢筋混凝土管片和纵向螺栓合成纵向抗弯强度,管片宽度：90,cm，,螺栓长度18.5,cm，,(五）、环缝近似计算,弹性模量：混凝土,钢,断面模量：混凝土,断面模量：螺栓,第27页,第27页,3）钢筋混凝土管片和纵向螺栓合成纵向抗弯强度,(五）、环缝近似计算,螺栓应变值,混凝土应变值,第28页,第28页,纵向螺栓（或环缝上凹凸椎槽）纵向传递能力估算,(五）、环缝近似计算,环缝面上摩阻力,环缝内纵向螺栓纵向传递能力,第29页,第29页,例管片厚 ，弦长 ，环缝面积 ，16只,M30,纵向螺栓 ，螺栓预压应力取1000,kg/cm,2,(五）、环缝近似计算,环缝面上预压应力,环缝面上摩阻力,两侧纵向螺栓可传递纵向弯矩4.,8,t-m,第30页,第30页,一隧道外径为11.2,m，,内径为10.1,m，,覆土深度为21.2,m。,地下水位考虑在地面下列1,m,处。隧道内设置一道下拉杆，以加强抵抗特殊荷载结构能力。隧道两侧土壤介质内摩擦角 。隧道在基本使用阶段不考虑下拉杆结构作用；当在承受基本使用阶段荷载和特殊荷载组合阶段时，则考虑下拉杆作用,(六）、算例,第31页,第31页,衬砌结构尺寸：,基本使用阶段,重心,z,(六）、算例,计算半径,r,基本使用荷载,+,特殊荷载组合阶段：,考虑在外层管片内部再行敷设200厚内衬钢筋混凝土层,计算半径,r,第32页,第32页,计算过程黑板演示,阶段结果需要重新设计,(六）、算例,第33页,第33页,一、衬砌抗渗,合理提出衬砌本身抗渗指标,通过抗渗试验混凝土适当配合比；严格控制水灰比，普通小于,0.4,，另加塑化剂以增长混凝土和易性。,衬砌构件最小混凝土厚度和钢筋保护层。,管片生产工艺：振捣方式和养护条件选择。,严格产品质量检查制度。,减少管片在堆放、运送和拼装过程中损坏率。,二、管片制作精度,较大初始接隙,，适当,防水密封垫,管片制作精度不够，在盾构推动过程中造成管片顶碎和开裂，同样造成了漏水现象。,六、隧道防水及其综合处理,第34页,第34页,三、接缝防水基本技术要求,保持永久弹性状态和含有足够承压能力，使之适应隧道长期处于“蠕动”状态而产生接缝张开和错动。,含有令人满意弹性期龄和工作效能。,与混凝土构件含有一定粘结力。,能适应地下水侵蚀。,环缝密封垫,需要有足够承压能力和弹性复原力，能承受和均布盾构千斤顶顶力，预防管片顶碎。并在千斤顶顶力往复作用下，密封垫仍保持良好弹性变形性能。,纵缝密封垫,含有比环缝密封垫相对较低承压能力，能对管片纵缝初始缝隙进行填平衬齐，并对局部集中应力含有一定缓冲和克制作用。,在环、纵缝沿隧道内侧设置嵌缝槽，在槽内填嵌密封防水材料,，,嵌缝材料最好在隧道变形已趋于基本稳定情况下进行施工。,六、隧道防水及其综合处理,第35页,第35页,四、二次衬砌,在当前隧道接缝防水还未能完全满足要求情况下，在地铁区间隧道内较多是用双层衬砌。在外层装配式衬砌已趋基本稳定情况下，进行二次内衬浇捣，在内衬混凝土浇筑前应对隧道内侧渗漏点进行修衬堵漏，污泥以高压水部浇、清理。,双层衬砌做法不一，有在外层衬砌结构内直接浇捣两次内衬混凝土，也有在外层衬砌内侧面先喷注20mm厚找平层，再铺设油毡或合成橡胶类防水层，在防水层上浇注内衬混凝土层。,内衬混凝土普通者采取混凝土泵再加钢模台车配合分段进行，也有用喷射混凝土进行二次衬砌。,五、其它,隧道防水还有其它一些附加办法能够采取，诸如隧道外围压浆，以及地层注浆等，视不同情况给予采取。,六、隧道防水及其综合处理,第36页,第36页,