矿山法联络通道计算标准及模型假定(doc 9页)

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联络通道结构计算书
1计算标准及模型假定
1.1一般原则
1．隧道结构采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度。

采用以分项系数的设计表达进行结构计算分析。

2．结构构件应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别按下列规定进行计算和验算。

各土层主要物理力学指标综合建议值如下表所示。

层号
含水
量
w
（％）
重度
γ
(kN/m3
)
孔隙
比
e
基床系数
K
（MPa/m）
静
止
侧
压
力
系
直剪
（固快）
垂直水平（度）
①1杂18.0 6.0 12.0
①
2素32.0 18.7 0.92
2
12.
0 12.0
①
2a 淤41.8 17.7 1.18
8 5.0 8.0
③
1粉26.6 19.7 0.75
1 25 32
0.4
2
36.
2 15.0
③
2粉29.1 19.3 0.94
5 14 22
0.4
6
15.
9 18.0
④
1a 粉30.4 19.1 0.84
8 9.5 16
0.5
0 9.6 19.8
④
1粉28.6 19.4 0.78
9 14 26
0.3
8 8.7 24.5
④
2粉28.5 19.2 0.79
9 22 40
0.3
4 9.0 30.0
⑤质32.8 18.9 0.49
0 9 15
0.5
4 8.7 18.5
⑥
1粉23.3 20.3 0.65
1 3
2 40
0.4
1
39.
2 17.6
⑥a2粉28.6 19.4 0.80
1 18 33
0.3
6
12.
0 26.5
⑥2粉30.7 19.1 0.85
7 12 18
0.4
8
12.
5 18.5
⑦土25.1 19.8 0.71
8 18 33
0.3
6
10.
5 26.9
⑧淤泥38.4 18.3 1.06
1 8 12
0.5
6
10.
5 15.5
⑨粉土27.1 19.6 0.76
1
14.
0 24.0
⑨a
23.5 20.2 0.65
42.
0 18.5 C30钢筋混凝土的重度为25kN/m3，弹性模量为3.0 104MPa。

1.2计算荷载
使用阶段计算采用水土分算。

确定深、浅埋隧道分界深度为：
B=3.8，i=0.2
ha=10.944 m
Hp＜=（2.0～2.5）Ha =21.9~27.4m
（1）水土压力
①垂直土压力：对于浅埋隧道应按浅埋隧道围岩压力的确定方法计算围岩压力，考虑两侧土体的挟持作用；对于超浅埋隧道，土层厚度取全土柱高度。

②水平土压力：水平土压力作用在衬砌两侧，沿其横断面圆的直径水平作用的分布荷载。

其大小根据垂直土压力与侧压力系数来计算。

③水压力：按静水压力计算。

回填土侧压力系数以0.5计，对结构所处土层的计算参数取加权平均值：
土体重度：
侧压力系数：
（2）自重荷载
自重荷载按下式计算：
f=γbh
式中，γ—砼重度；h—衬砌厚度；b—计算纵向宽度以b=1m计。

钢筋混凝土容重γ取25kN/m3，截面变化处按相应截面的厚度按上式计算。

（3）地面超载
地面超载引起的垂直土压力P d=20.00kPa，水平土压力：q1（隧道顶）=q2（隧道底）=k0×P d。

（4）地层抗力
在链杆法中，地层抗力是用地层弹簧来模拟的。

地层抗力系数根据土层条件确定，按文克勒假定计算。

在计算中，消除弹簧的受拉作用。

（5）地震荷载
按三级抗震构造要求配筋。

（6）人防荷载
联络通道覆土均大于2.5m，因此本设计不做人防工况验算。

2主体结构计算
2.1荷载组合
荷载组合表
序号荷载
组合
永久
荷载
可变
荷载
偶然荷
载
地
震
人
防
1基本组合构件强度计算1.35
（1.0
）
1.4
2 构件裂缝宽度验
算
1.0 1.0 3 构件变形计算 1.0 1.0
4 抗震荷载作用下
构件强度计算1.2
（1.0
）
1.3
5 人防荷载作用下
构件强度验算1.2
（1.0
）
1.
6 构件抗浮稳定验
算
1.0
注：结构重要性系数取1.1
2.2
1）计算模型
选取联络通道横截面进行结构计算，结构简化为四周受水土压力的一拱形结构。

地下结构土压力计算(水土分算)
顶板顶覆土厚度(m)17.07垂直土压力P
顶板
=γ×h157.11
底板底距地面深度(m)21.58
侧向土压力e1=K0(γh+γ'h')66.30
顶板厚度(m)0.40e2=K0(γh+γ'h')80.00底板厚度(m) 1.33顶板水压力P
顶水167.30
地下水位距地面深度(m)0.34
侧向水压力P侧水1169.30
地下水容重(kN/m3)10.00P侧水2205.75
土容重γ(kN/m3)19.00
水土合计P顶板上＝P顶板+P顶水324.41
饱和土浮容重γ'(kN/m3)9.00P顶板侧＝e1+P侧水1235.60
静止土压力系数K00.42P
底板侧＝e2+P
侧水2
285.75
地面超载(kPa)20.00底板水压力F
底板212.40
计算模型(永久荷载＋可变荷载)
2）内力计算结果
（1）轴力（4）轴力
（2）剪力（5）剪力
（3）弯矩（6）弯矩
（a）基本组合下内力结果(b)标准组合下内力结果
3）联络通道配筋计算
基本组合下，弯矩最大值为364.6 kN.m，剪力最大值为696.5 kN，轴力最大值为-773.4 kN。

考虑到初支的20％作用，再考虑到消峰10％，联络通道结构最大计算弯距为262.5 kN.m，最大剪力值为501.5 kN，最大轴力值为618.7kN。

按《混凝土设计规范》GB50010-2002计算联络通道结构在承载力极限状态下的配筋量。

矩形截面(1000×1330)，，按深受弯构件计算。

计算弯矩262.5 kN.m，计算轴力524.8 kN。

断面号：底板支座处
（1）深受弯构件纵向受拉钢筋计算
一、计算信息
1. 几何参数
梁宽: b=1000mm
梁高: h=1330mm
梁的计算跨度: lo=2900mm
2. 材料信息
混凝土等级: C30 fc=14.3N/mm2
ft=1.43N/mm2
钢筋种类: HRB335 fy=300N/mm2
最小配筋率: ρmin=max(0.200,45ft/fy)％
=max(0.200,45×1.43/300)％=0.215％ (自动计算) 纵筋合力点至近边距离: as=50mm
3. 荷载信息
M=262.500kN×m
4. 设计参数
结构重要性系数: γo=1.1
二、计算过程
1. 判断深受弯构件类型：
lo/h=2900/1330=2.180, 2<2.180<5, 属于一般深受弯构件。

2. 计算梁截面有效高度：
ho=h-as=1330-50=1280mm
3. 计算内力臂长度(lo≥h)
3.1 计算截面受压区高度
αd=0.8+0.04×lo/h=0.8+0.04×2900/1330=0.887
（10.7.3-3）
z=αd×(ho-0.5x)
（10.7.3-2）
a1×fc×b×x=fy×As;
（7.2.1-2）
M=fy×As×z
（10.7.3-1）
=fy×As×ad×(ho-x/2);
=a1×fc×b×x×ad×(ho-x/2);
令
A=a1×fc×b×ad=1.00×14.3×1000×0.887=12687.22mm 2
x=(A×ho±sqrt(A2×ho2-2×A×M))/A
=(12687.22×1280±sqrt(12687.222×12802-2×12687.2 2×262.500×106))/12687.22
=16.268mm
因为x＜0.2ho=0.2×1280=256mm, 所以取
x=256mm。

3.2 计算内力臂长度
z=αd×(ho-0.5x)=0.887×(1280-0.5×256)=1022.08m m （10.7.3-2）
4. 计算纵向受拉钢筋
As=M/(fy×z)×γo=262.500×106/(300×1022.08)×1.1= 942mm2（10.7.3-1）
5. 验算配筋率
ρ=As/(b×h)=942/(1000×1330)=0.071％
（10.7.13）
ρ=0.071％<ρmin=0.214％，不满足最小配筋率要求，
取As=ρmin×b×h=0.214％
×1000×1330=2853mm2。

（2）联络通道底板配筋选择
根据以上配筋计算，断面配筋结果如下：
位置钢筋实际配
筋面积
备注
联络通6Φ2945.4>对称配筋，架立筋Φ
道底板25@150 2853 12@150，
拉结筋Φ8@300×300梅
花形布置
1 裂缝宽度验算
1．1 基本资料
1．1．1 工程名称：工程一
1．1．2 矩形截面偏心受压构件构件受力特征系数αcr ＝ 2.1
截面尺寸b×h ＝1000×1330mm 受压构件计算长度lo ＝2900mm
1．1．3 纵筋根数、直径：第1 种：6Φ25受拉区纵向钢筋的等效直径deq ＝∑(ni ×di^2) / ∑(ni ×υ × di) ＝25mm
带肋钢筋的相对粘结特性系数υ ＝1 1．1．4 受拉纵筋面积As ＝2945mm 钢筋弹性模量Es ＝200000N/mm
1．1．5 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离 c ＝30mm
纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离as ＝42.5mm ho ＝1287.5mm
1．1．6 混凝土抗拉强度标准值ftk ＝2.01N/mm
1．1．7 按荷载效应的标准组合计算的轴向力值Nk ＝387.8kN
按荷载效应的标准组合计算的弯距值Mk ＝193.9kN·m
轴向力对截面重心的偏心矩eo ＝Mk / Nk ＝193899994/387800 ＝500mm
1．1．8 eo / ho ＝0.388 ≤ 0.55，可不验算裂缝宽度。

断面号：底板跨中
(1)计算参数
M= 0.8×（168.1+0.15×364.6）=178.2 kN.m，N=0.8×656=524.8 kN，b=1000mm，h=1330 mm，c=40mm，L0＝2900mm，混凝土C30；
(2)深受弯构件正截面承载力计算
按强度配筋：As=639mm2；
选配6Φ25＠150，As1＝2945.4 mm2，配筋率：ρ＝0.22 ％；
ρmin=max(0.2％,0.45×f
c /f
y
)=0.21％；
As1＝2945.4 mm2> As=639 mm2满足要求；
(3)裂缝验算：
Mk= 131.9 kN.m，Nk=387.8 kN
eo / ho ＝0.264 ≤0.55，可不验算裂缝宽度。

(4)实配：6Φ25＠150。

断面号：侧墙支座处
(1)计算参数
因底板较厚，为1330mm，取调幅系数为0.8。

M= 0.8×0.8×364.6=262.5 kN.m，N=0.8×734.8=587.8 kN，b=1000mm，h=400 mm，c=40mm，L0＝4473mm，混凝土C30；
(2)正截面承载力计算
按强度配筋：As=2169mm2；
选配6Φ22＠150，As1＝2280.6mm2，配筋率：ρ＝0.57 ％；
ρmin=max(0.2％,0.45×f
c /f
y
)=0.21％；
As1＝2280.6 mm2> As=2169 mm2满足要求；
(3)裂缝验算：
Mk=172.4 kN.m，Nk=434.6 kN
裂缝宽度：ω＝0.159 mm < 0.2 mm 满足要求。

(4)实配：6Φ22＠150。

断面号：侧墙跨中
(1)计算参数
因底板较厚，为1330mm，取调幅系数为0.8。

M= 0.8×（167+0.15×364.6）=177.4kN.m，N=0.8×711.5=355.8 kN，b=1000mm，h=400 mm，c=40mm，L0＝4473mm，混凝土C30；
(2)正截面承载力计算
按强度配筋：As=1755mm2；
选配6Φ22＠150，As1＝2280.6mm2，配筋率：ρ＝0.57 ％；
ρmin=max(0.2％,0.45×f
c /f
y
)=0.21％；
As1＝2280.6 mm2> As=1755 mm2满足要求；
(3)裂缝验算：
Mk=79.0 kN.m，Nk=420.8 kN
eo / ho ＝0.523 ≤0.55，可不验算裂缝宽度。

(4)实配：6Φ22＠150。