软土地区地铁盾构隧道课程设计计算书

图2-1弯矩分布图（KNm）
图2-2轴力分布图（受压KN）
图2-3剪力分布图（KN）
3．标准管片(B)配筋计算
3.1截面及内力确定
由上述内力计算，取80截面处内力进行内力计算。根据修正惯用法中的η-ξ法，由于纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低，取圆环整体刚度为：
而管片的内力：
3.2环向钢筋计算
假设为大偏心构件。
剪跨比：
故取 。
矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：
其中：
ft——混凝土抗拉强度（1.89N/mm2）
fyv——钢筋抗剪承载力（HPB235级，210N/mm2）
Nc——轴向压力（要求 ）
检验轴压力上限：
又由：
既不需要计算配箍，按构造要求即可。
根据《混凝土结构基本原理》中所述构造要求，选配四肢箍A8@200。
-68.06
5.49
23.61
40.92
180
M/KNm
1712.65
-1538.06
-130.20
-15.09
39.58
68.88
180
N/KN
0.00
2103.33
209.85
15.33
5.12
2333.62
180
Q/KN
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
内力（红色线条）分布图如下：
4．基本使用阶段验算
4.1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，用抗浮系数：
其中：
G/——隧道自重
G——拱背土压力
P——垂直荷载
Rj——井壁与土壤间摩擦力
Q——水浮力
则：
（注：上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小，为计算简便，将摩擦力忽略不计）
满足要求。
受拉钢筋（弯钩端）：la≥25d=30×18=450mm。
（7）端部钢筋弯起
根据桥涵规范9.1.5条，并考虑施工方便，端部钢筋弯起均取为50mm。
（共00页）
姓 名 杨 均
学 号 070849
导 师丁 文 琪
土木工程学院地下建筑与工程系
2010年7月
1．设计荷载计算
1.1结构尺寸及地层示意图
图1-1结构尺寸及地层示意图
如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：
。
按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。
1.2隧道外围荷载标准值计算
（5）水压力
按静水压考虑：
a竖向水压：
b侧向水压：
（6）侧向土壤抗力
衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩量：
其中：
衬砌圆环抗弯刚度取
衬砌圆环抗弯刚度折减系数取 ；
则：
（7）拱底反力
其中：
，与拱背土压对应
则：
。
（8）荷载示意图
图1-2圆环外围荷载示意图
2．内力计算
2.1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，其中荷载采用设计值，即考虑荷载组合系数。计算结果如下表（已考虑荷载组合系数）：
111.60
19.18
-35.28
-79.08
90
N/KN
2342.08
0.00
0.00
0.00
48.24
2390.33
90
Q/KN
0.00
0.00
19.08
0.00
5.12
24.20
105.5
M/KNm
-1468.03
1318.38
109.15
14.09
-33.74
-60.16
105.5
N/KN
2174.82
19.83
-29.02
73
M/KNm
-1419.85
1275.11
78.07
14.51
-25.51
-77.67
73
N/KN
2141.88
179.80
16.72
2.94
35.92
2377.25
73
Q/KN
-654.84
588.08
54.68
9.61
16.34
13.87
90
M/KNm
-1712.65
1538.06
衬砌圆环抗弯刚度取1232651203510345ei10617366600811200000045424925121061717410955荷载示意图图12圆环外围荷载示意图内力计算21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其中荷载采用设计值即考虑荷载组合系数
软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书
取：
采用对称配筋：
其中：
钢筋选用HRB335钢，则
由此：
得：
确为大偏心。
由此算出：
取：
选配4B14（A/g=615.75mm2）。
3.3环向弯矩平面承载力验算（按偏心受压验算）
查《混凝土结构基本原理》表4-1，得轴心受压稳定系数：
取
满足要求。
3.4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。
中墙（一侧）： ，配B12@250(As=452mm2)。
（4）箍筋
断面厚度足够，不用配置箍筋。
（5）刚性节点构造
框架转角处的节点构造应保证整体性，根据此处钢筋的布置原则，此点构造说明如下：
a沿斜托单独配置直线钢筋B12@200；
b沿着框架转角处外侧的钢筋，其钢筋弯曲半径R=200mm＞18×10=180mm；
4.3管片裂缝验算
取最大弯矩处进行裂缝验算（即00截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。根据桥涵规范6.4.4条：
，
，取ηs=1.0，
，
，
，
；
再根据桥涵规范6.4.3条：
裂缝宽度：
，
其中：
C1——钢筋表面形状系数（对带肋钢筋取1.0）
C2——作用长期影响系数（取1+0.5N1/Ns=1.5）
C3——与构件受力性质有关的系数（取0.9）
表2-1 隧道圆环内力计算结果
截面/度
内力
垂直荷载
水平荷载
水平三角荷载
地基抗力
自重
每米内力
pe1+pw1
qe1+qw1
qe2+qw2-qe1-qw1
qk=kδ
g
800.71
719.09
104.35
14.82
10.50
0
M/KNm
1712.65
-1538.06
-93.00
-15.09
30.97
97.47
Q/KN
-322.78
289.88
13.27
2.13
4.96
-12.54
40.5
M/KNm
267.92
-240.61
-27.18
-4.35
7.67
3.46
40.5
N/KN
987.85
1216.18
69.20
11.66
10.21
2295.10
40.5
Q/KN
-1156.62
1038.72
59.10
9.95
138
Q/KN
1164.63
-1045.91
-91.32
10.26
34.67
72.33
159
M/KNm
1272.75
-1143.00
-91.38
-12.11
28.29
54.54
159
N/KN
300.79
1833.21
177.30
14.31
13.14
2338.74
159
Q/KN
783.58
-703.70
由此可得接缝变形量：
其中：
E——防水涂料抗拉弹性模量（取3MPa）
l——涂料厚度（取5mm）
则：
若用两只螺栓：
即环向每米宽度内选用两只螺栓即可满足要求。
4.5纵向接缝强度验算
近似地把螺栓看作受拉钢筋，由此进行强度验算。
a负弯矩接头（73 截面）：
由：
为大偏心受压,则：
满足要求。
b正弯矩接头（8 截面处）：
（3）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%，则本设计的纵向分布钢筋：
顶、底板（一侧）： ，配B12@250(As=452mm2)；
侧墙（一侧）： ，配B14@250(As=616mm2)；
4.2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。
在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：
其中：
N——螺栓预应力（同上，取280KN）
An——螺一定厚度的内径为31mm、外径为130mm的钢圆环垫片。
0
N/KN
0.00
2103.33
95.38
15.33
-5.12
2208.93
0
Q/KN
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
8
M/KNm
1646.30
-1478.48
-90.28
-14.65
29.95
92.84
8
N/KN
45.36
2062.59
94.45