浅谈钢纤维混凝土管片经济性
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北京： 中国建 筑 工业 出版 社 ， ２ ０ １ ０ ［ ２ ］中国工程 建设 标 准 化协 会标 准 ． Ｃ Ｅ Ｃ Ｓ ３ ８ － ２ ０ ０ ４纤维 混凝 土结 构 技术 规程［ ｓ ］ ． ｊ Ｅ 京： 中国 计划 出版社 ， ２ ０ ０ ４ ［ ３ ］ 李 乔主编 ． 混 凝 土结构 设 计原理 （ 第三 版 ） ［ Ｍ】 ． 北京： 中国铁道 出版 社 ，
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ｑ ｗ ２ ｑ ａ
［ ４ 】李志 业 ， 曾艳 华主 编 ．地 下结 构 设计 原理 与 方法 【 Ｍ】 ． 成都 ： 西南 交 通 大学 出版社 ， ２ ０３ ［ ５ 】任 旺 ． 成都 地铁 盾 构 隧道 荷 载分 布研 究 ［ Ｄ 】 ． 成都 ： 西 南 交通 大学 土 木 工程 学 院 ， ２ ０ ０ ９ ［ ６ 】Ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｒ ￣ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｎｏ ． ２ ， Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ａｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．
钢筋节省量＝ 塑 堕
结论
圳
２ 管片 荷 载 ： 衬 砌 顶部 至地 面 距 离 Ｈ ＝６ ． ０ ｍ， 衬 砌 顶部 至地 下 水位 距 离 Ｈ ＝０ ． ０ ｍ， 地 下 水 重度 ｙ ＝ｌ ０ ｋ Ｎ／ ｍ ， 自重 荷 载 ｇ＝８ ． ７ ５ ｋ Ｎ／ ｎ ｌ 。 土 的饱 和 重 度 Ｙ＝ｌ ９ ． ４ ｋ Ｎ／ ｍ ， 土 的粘聚力 ｃ ＝０ ｋ Ｐ ａ， 土 的干 重度 Ｙ：ｌ ８ ． ９ ｋ Ｎ／ ｍ ， 侧向
引 言 与普 通混凝 土相 比 ， 钢 纤维 与水泥 的亲和性 更好 ， 其 钢纤维 混凝 土的抗 拉 、
Ｐｔ＝ ０． ５ ％
５配筋 ：
抗剪、 抗弯、 抗冻 、 抗 冲击 、 抗 疲劳 等性 能得 到 了较 大提 高。 在 同等强 度条 件 下 ， 钢纤 维 的加入 还可 以减少 混凝土 的用量 ， 降低工程 造价 。 有 理 由认 为 ， 钢纤 维的 加入 同样可 以减少钢 筋 的 用量 。 本文将 采 用修 正惯用 法对 常见 工况 下的 普通钢 筋 混凝土 以及 钢纤 维 混凝 土盾 构隧 道管 片进行设 计 。 计算 内容为按 正截 面承 载能力极 限状 态配 置纵 向受 力筋 ， 按 裂 缝宽 度验 算要 求反 推正 截面 纵 向受力 筋用量 。 用二 者最 终 的钢筋 用 量衡 量钢 纤 维混 凝 土的 经济 性 。 配筋计 算 １ 衬砌尺寸 ： 外 直 径 Ｄ。 ＝６ ． ２ ｍ， 内直 径 Ｄ ＝５ ． ５ ｍ ， 宽 ｂ＝１ ． ２ ｍ ， 厚
理 论 广 角
啊 Ｉ
浅 谈 钢 纤 维 混凝 土 管 片 经 济 性
张子尧 鲁德 欣 陈代秀 钟奇 亨 程光 明
［ 摘 要］ 基 于常 见 工况 ， 分别 设计 钢 纤维 混 凝土 和 普通 钢 筋混 凝 土地 下 隧道 盾 构管 片 。 通 过正 截 面承 载 能力 极 限状 态配 筋计 算 以及 裂缝 宽度 验 算 ， 用 正截 面受 力钢 筋用 量 衡量 两种 材料 的 经济 性 。 ［ 关 键词］ 钢 纤维 混凝 土 ； 盾 构 管片 ； 钢 筋 用量 ； 经济 性 ． 中图分 类 号 ： Ｕ４ ５ ５ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ ～ ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ２ ３ — ０ ２ ９ ５ 一 Ｏ ｌ
ｔ ＝０ ． ３ ５ ｍ 。
内力设计值 Ｍ ：ｆ １ 十三 ） Ｍ 。＝（ １ ＋０ － ３ ） ×１ ０ ３ ｋ Ｎ． ｍ ＝１ ３ ３ ． ９ ｋ Ｎ． ｍ，
Ｎ ＝Ｎ ｋ＝３１ ３ ｋ Ｎ。
wenku.baidu.com
计 算步 骤 ： 按正 截面 承载能 力极 限状 态配置 纵 向受 力筋 ， 按裂缝 宽度 验算 要求 反推 正截 面纵 向受力 筋用 量 。 参 照相 关规 范的 计算方 法 ， 结 果见 表２ 。 注： 最小 配筋 量 ＝ｐ —ｂ ｈ ＝０ ． ２ ％× １ ２ ０ ０ ｍｍＸ ３ ５ ０ ｍ ｍ ：８ ４ ０ ａ ｒ ｍ
土压力系数九＝０ ． ３ ３ ， 附加荷载 Ｐ ｎ ＝２ ０ ｋ Ｐ ａ 。
荷 载 图示 见 图１ 。 采 用修 正惯 用法 进 行 管片 内力 计算 ， 得 到 计算 结果 见表 １ 。 ３管 片 内力 ： 结果 见 图３ 、 图４
４材 料 ： 钢 筋 ＨＲＢ４ ０ ０ Ｉ 基 体 混 凝 土 Ｃ５ ０ Ｉ 钢纤维ｌ ｆ＝４ ０ ｍｍ ， ｄｆ ＝０ ． ６ ｍｍ ，
１ ． 对 比受压筋 用量 ， 可 以看出 ， 在给定 工况下 ， 无论 是钢纤 维混凝 土还是 普 通 混凝土 ， 受压 钢筋 用量均 受最小 配筋率 控制 。 此 时， 钢纤 维混凝 土体 现不 出相 对 于普 通混 凝土 的 经济性 。 ２ ． 对 比 由正 截面 承载 能力 确定 的受拉 区筋用 量 ， 可 以看 出 ， 钢 纤维 混凝 土 的理 论用 筋量 虽然受 最小 配筋 量控 制 ， 但仍然 较普 通混凝 土少２ ５ ． １ ７ ％， 节 省量 极 其可观 。 但是， 由正截 面承 载能力 计算 出 的钢 筋用 量小 于满 足裂缝 宽度 验算 所 需的 钢筋 用量 ， 不起控 制 作用 。 ３ ． 对 比由裂缝 宽度 验算 确定 的受 拉 区钢筋用量 ， 可 以看出 ， 钢纤 维混 凝土 的理 论用 筋量 较普 通 混凝 土少 ８ ． ８ ８ ％， 节省量 明显 。 ４ ． 综上 ， 钢 纤维混 凝土 相对 普通 钢筋 混凝土 有其 经济性 ， 这 种经 济性 视不 同 的检验 标准 而 不同 。 ５ ． 对 于 同样用 筋量 的构件 而 言 ， 钢纤维 混凝 土不但 具有 更大 的承 载能力 ， 还具有更好的抗裂、 抗渗性能。 综合考虑， 钢纤维混凝土管片在盾构隧道中的应 用较 普通 钢筋 混凝 土管 片更 有优 势 参 考 文 献 ［ １ 】中华 人 民共 和 国 国家标 准 ． Ｇ Ｂ ５ ０１ ０ － ２ ０ １ ０混凝 土结 构设 计 规范 ［ ｓ ］ ．
２ ０ １ ３
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［ ４ 】李志 业 ， 曾艳 华主 编 ．地 下结 构 设计 原理 与 方法 【 Ｍ】 ． 成都 ： 西南 交 通 大学 出版社 ， ２ ０３ ［ ５ 】任 旺 ． 成都 地铁 盾 构 隧道 荷 载分 布研 究 ［ Ｄ 】 ． 成都 ： 西 南 交通 大学 土 木 工程 学 院 ， ２ ０ ０ ９ ［ ６ 】Ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｒ ￣ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｎｏ ． ２ ， Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ Ａｓ ｓ ｏ ｃ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．
钢筋节省量＝ 塑 堕
结论
圳
２ 管片 荷 载 ： 衬 砌 顶部 至地 面 距 离 Ｈ ＝６ ． ０ ｍ， 衬 砌 顶部 至地 下 水位 距 离 Ｈ ＝０ ． ０ ｍ， 地 下 水 重度 ｙ ＝ｌ ０ ｋ Ｎ／ ｍ ， 自重 荷 载 ｇ＝８ ． ７ ５ ｋ Ｎ／ ｎ ｌ 。 土 的饱 和 重 度 Ｙ＝ｌ ９ ． ４ ｋ Ｎ／ ｍ ， 土 的粘聚力 ｃ ＝０ ｋ Ｐ ａ， 土 的干 重度 Ｙ：ｌ ８ ． ９ ｋ Ｎ／ ｍ ， 侧向
引 言 与普 通混凝 土相 比 ， 钢 纤维 与水泥 的亲和性 更好 ， 其 钢纤维 混凝 土的抗 拉 、
Ｐｔ＝ ０． ５ ％
５配筋 ：
抗剪、 抗弯、 抗冻 、 抗 冲击 、 抗 疲劳 等性 能得 到 了较 大提 高。 在 同等强 度条 件 下 ， 钢纤 维 的加入 还可 以减少 混凝土 的用量 ， 降低工程 造价 。 有 理 由认 为 ， 钢纤 维的 加入 同样可 以减少钢 筋 的 用量 。 本文将 采 用修 正惯用 法对 常见 工况 下的 普通钢 筋 混凝土 以及 钢纤 维 混凝 土盾 构隧 道管 片进行设 计 。 计算 内容为按 正截 面承 载能力极 限状 态配 置纵 向受 力筋 ， 按 裂 缝宽 度验 算要 求反 推正 截面 纵 向受力 筋用量 。 用二 者最 终 的钢筋 用 量衡 量钢 纤 维混 凝 土的 经济 性 。 配筋计 算 １ 衬砌尺寸 ： 外 直 径 Ｄ。 ＝６ ． ２ ｍ， 内直 径 Ｄ ＝５ ． ５ ｍ ， 宽 ｂ＝１ ． ２ ｍ ， 厚
理 论 广 角
啊 Ｉ
浅 谈 钢 纤 维 混凝 土 管 片 经 济 性
张子尧 鲁德 欣 陈代秀 钟奇 亨 程光 明
［ 摘 要］ 基 于常 见 工况 ， 分别 设计 钢 纤维 混 凝土 和 普通 钢 筋混 凝 土地 下 隧道 盾 构管 片 。 通 过正 截 面承 载 能力 极 限状 态配 筋计 算 以及 裂缝 宽度 验 算 ， 用 正截 面受 力钢 筋用 量 衡量 两种 材料 的 经济 性 。 ［ 关 键词］ 钢 纤维 混凝 土 ； 盾 构 管片 ； 钢 筋 用量 ； 经济 性 ． 中图分 类 号 ： Ｕ４ ５ ５ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ ～ ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ４ ） ２ ３ — ０ ２ ９ ５ 一 Ｏ ｌ
ｔ ＝０ ． ３ ５ ｍ 。
内力设计值 Ｍ ：ｆ １ 十三 ） Ｍ 。＝（ １ ＋０ － ３ ） ×１ ０ ３ ｋ Ｎ． ｍ ＝１ ３ ３ ． ９ ｋ Ｎ． ｍ，
Ｎ ＝Ｎ ｋ＝３１ ３ ｋ Ｎ。
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计 算步 骤 ： 按正 截面 承载能 力极 限状 态配置 纵 向受 力筋 ， 按裂缝 宽度 验算 要求 反推 正截 面纵 向受力 筋用 量 。 参 照相 关规 范的 计算方 法 ， 结 果见 表２ 。 注： 最小 配筋 量 ＝ｐ —ｂ ｈ ＝０ ． ２ ％× １ ２ ０ ０ ｍｍＸ ３ ５ ０ ｍ ｍ ：８ ４ ０ ａ ｒ ｍ
土压力系数九＝０ ． ３ ３ ， 附加荷载 Ｐ ｎ ＝２ ０ ｋ Ｐ ａ 。
荷 载 图示 见 图１ 。 采 用修 正惯 用法 进 行 管片 内力 计算 ， 得 到 计算 结果 见表 １ 。 ３管 片 内力 ： 结果 见 图３ 、 图４
４材 料 ： 钢 筋 ＨＲＢ４ ０ ０ Ｉ 基 体 混 凝 土 Ｃ５ ０ Ｉ 钢纤维ｌ ｆ＝４ ０ ｍｍ ， ｄｆ ＝０ ． ６ ｍｍ ，
１ ． 对 比受压筋 用量 ， 可 以看出 ， 在给定 工况下 ， 无论 是钢纤 维混凝 土还是 普 通 混凝土 ， 受压 钢筋 用量均 受最小 配筋率 控制 。 此 时， 钢纤 维混凝 土体 现不 出相 对 于普 通混 凝土 的 经济性 。 ２ ． 对 比 由正 截面 承载 能力 确定 的受拉 区筋用 量 ， 可 以看 出 ， 钢 纤维 混凝 土 的理 论用 筋量 虽然受 最小 配筋 量控 制 ， 但仍然 较普 通混凝 土少２ ５ ． １ ７ ％， 节 省量 极 其可观 。 但是， 由正截 面承 载能力 计算 出 的钢 筋用 量小 于满 足裂缝 宽度 验算 所 需的 钢筋 用量 ， 不起控 制 作用 。 ３ ． 对 比由裂缝 宽度 验算 确定 的受 拉 区钢筋用量 ， 可 以看出 ， 钢纤 维混 凝土 的理 论用 筋量 较普 通 混凝 土少 ８ ． ８ ８ ％， 节省量 明显 。 ４ ． 综上 ， 钢 纤维混 凝土 相对 普通 钢筋 混凝土 有其 经济性 ， 这 种经 济性 视不 同 的检验 标准 而 不同 。 ５ ． 对 于 同样用 筋量 的构件 而 言 ， 钢纤维 混凝 土不但 具有 更大 的承 载能力 ， 还具有更好的抗裂、 抗渗性能。 综合考虑， 钢纤维混凝土管片在盾构隧道中的应 用较 普通 钢筋 混凝 土管 片更 有优 势 参 考 文 献 ［ １ 】中华 人 民共 和 国 国家标 准 ． Ｇ Ｂ ５ ０１ ０ － ２ ０ １ ０混凝 土结 构设 计 规范 ［ ｓ ］ ．