某工程A隧洞5类围岩衬砌及配筋计算书

某工程A隧洞5类

(桩号干0+156.00~干1+111.00)

衬砌内力和配筋计算书 2014年5月16日

目录

1 基本资料 (3)

1.1 等别 (3)

1.2 断面尺寸 (3)

1.3 荷载 (3)

1.4 计算工况和荷载组合 (3)

2 计算方法 (4)

2.1 参数取值 (4)

2.2 计算简图 (6)

3 理正计算结果 (6)

4 衬砌配筋计算 (9)

4.1 计算情况 (9)

4.2 偏心受压计算 (10)

4.2.1 取值 (10)

4.2.2 配筋计算 (11)

4.3 受弯计算 (13)

4.4 计算结果 (13)

5 抗裂验算 (14)

5.1 计算公式 (14)

5.2 计算情况 (15)

5.3 偏心受压计算 (15)

5.4 受弯计算 (15)

6 斜截面抗剪验算 (16)

6.1 计算公式 (16)

6.2 计算情况 (16)

6.3 偏心受压计算 (17)

6.4 受弯计算 (17)

7 配筋结果 (17)

1 基本资料

1.1 等别

根据SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》和GB50288—99《灌溉与排水工程设计规范》的规定，该工程属Ⅲ等（中型）工程。渠系建筑物按5级设计。渠系建筑物设计洪水重现期为10年（P=10 %）

1.2 断面尺寸

净断面尺寸2.0m ×2.4m （宽×高），底板、侧墙及顶拱衬砌厚度均为0.3m 。

1.3 荷载

按5级建筑物设计，安全级别为Ⅲ级。结构重要性系数9.00=γ，设计状况系数0.1=持久ψ、95.0=短暂ψ、85.0=偶然ψ，永久荷载分项系数05.1=G γ（0.95），可变荷载分项系数20.1=Q γ，偶然作用分项系数0.1=A γ，结构系数2.1=d γ。

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1.0 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： 圆拱直墙形 底板半宽： 1.150(m) 底板厚度： 0.300(m) 侧墙高度： 1.550(m) 侧墙厚度： 0.300(m) 顶拱半中心角： 90.000(度) 顶拱拱脚厚度： 0.300(m) 顶拱拱顶厚度： 0.300(m) 底板围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 侧墙围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 顶拱围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 衬砌的弹性模量： 25500.000(MPa)

外水压力折减系数(β)： 0.400 混凝土等级： C20 纵筋等级： Ⅲ级

⑵围岩压力计算

①垂直、水平均布围岩压力

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

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 B q r v γ)3.0~2.0(=

水平方向 H q r h γ)1.0~05.0(= 式中 v q ——垂直均布围岩压力，kN/m2； h q ——水平均布围岩压力，kN/m2；

r γ——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

注：式B q r v γ)3.0~2.0(=、H q r h γ)1.0~05.0(=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=v q +1m 长衬砌自重/计算宽度

=19.5+（π×1.15+2×1.55+2.3）×0.3×25/2.3=48.89 kN/m 2 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：kN ）

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

计算参数：

C20砼，fc=9.6 N/mm 2；HRB400钢筋，fy=fy ’=360 N/mm 2；

断面b ×h=1000mm ×300mm ，h 0=h-a=300-50=250mm ；a s =a s ’=50mm 。

4.2 偏心受压计算

4.2.1 η取值

计算偏心距增大系数η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/T 5057-2009）》9.3.9规定，η按下式进行计算：

212

000/140011ζζη⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=h l h e （4.2.1-1）

N

A

f d c γζ5.01=

（4.2.1-2） h

l 0201.015.1-=ζ （4.2.1-3）

式中：

0e ——轴向力对截面重心的偏心距，在式（4.2.1-1）中，当30/00h e <时，

取30/00h e =；

0l ——构件的计算长度，无铰拱结构S l 36.00=；

h ——截面高度，300mm ；

0h ——截面有效高度，mm a h h 250503000=-=-=；

A ——构件的截面面积，1000×300=3×105 mm 2；

1ζ——考虑截面应变对截面曲率的影响系数，当1ζ>1时，取1ζ=1.0；