隧洞衬砌结构计算书

隧洞衬砌结构计算书
项目名称_____________日期_____________
设计者_____________校对者_____________
一、示意图：
二、基本资料：
1．依据规范及参考书目：
《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004，以下简称《规范》）
《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)，以下简称《砼规》
《隧洞》（中国水利水电出版社，熊启钧编著）
《水工隧洞和调压室水工隧洞部分》（水利电力出版社，潘家铮编著）2．几何参数：
半跨宽度L1＝2.000 m；顶拱半中心角α＝60.00°
拱顶厚度D1＝0.400 m；拱脚厚度D2＝0.600 m
侧墙厚度D3＝0.600 m；侧墙高度H2＝4.000 m
隧洞衬砌断面形式：圆拱直墙形
底板厚度D4＝0.600 m
3．荷载信息：
内水压力水头H i＝0.00 m
外水压力水头Ho ＝6.00 m；外水压力折减系数β＝0.40
顶部山岩压力端部值Q1＝70.00kN/m；顶部山岩压力中间值Q2＝70.00kN/m
侧向山岩压力上侧值Q3＝40.00kN/m；侧向山岩压力下侧值Q4＝50.00kN/m
底部山岩压力端部值Q5＝0.00kN/m；底部山岩压力中间值Q6＝0.00kN/m
顶拱围岩弹抗系数K1＝500.0 MN/m3
侧墙围岩弹抗系数K2＝500.0 MN/m3
底板围岩弹抗系数K3＝500.0 MN/m3
顶拱灌浆压力P d＝0.00 kPa；P d作用半中心角αp＝0.00°
其他部位灌浆压力P e＝0.00 kPa
4．分项系数：
建筑物级别：1级；荷载效应组合：基本组合；
钢筋混凝土构件的承载力安全系数K ＝1.35
衬砌自重分项系数γQ1＝1.10；山岩压力分项系数γQ2＝1.00
内水压力分项系数γQ4＝1.00；外水压力分项系数γQ5＝1.00
灌浆压力分项系数γQ3＝1.00
5．材料信息：
混凝土强度等级：C25
轴心抗压强度标准值f ck＝16.70 N/mm2；轴心抗拉强度标准值f tk＝1.78 N/mm2
轴心抗压强度设计值f c＝11.90 N/mm2；轴心抗拉强度设计值f t＝1.27 N/mm2
混凝土弹性模量E c＝2.80×104 N/mm2
纵向受力钢筋种类：Ⅱ级
钢筋强度设计值f y＝300 N/mm2；弹性模量E s＝2.00×105 N/mm2
钢筋合力点到衬砌内、外边缘的距离a ＝0.050 m
三、内力计算：
N --衬砌计算截面的轴向力，kN，以拉为正；
Q --衬砌计算截面的剪力，kN，以逆时针转动为正；
M --衬砌计算截面的弯矩，kN·m，以内边受拉为正
u --衬砌计算截面的切向位移，mm；
v --衬砌计算截面的法向位移，mm；
ψ--衬砌计算截面的转角位移，度；
k --衬砌计算截面的围岩抗力，kPa
计算节点编号顺序为：
底板或底拱、底圆按照从左到右编号；
顶板板或顶拱、顶圆按照从右到左编号；
其余部位按照从下到上编号；
1．承载能力极限状态下的内力计算：
经过3次迭代运算后,各点设定抗力条件和法向位移一致。

2．正常使用极限状态下的内力计算：
经过3次迭代运算后,各点设定抗力条件和法向位移一致。

四、截面承载验算：
衬砌截面按偏心受压或偏心受拉构件进行承载力和配筋计算：1．偏心受压截面正截面承载力计算依据：
首先按素混凝土偏心受压构件进行承载力验算，验算公式如下：
K×N ≤φ×γm×f t×b×h/（6×eo/h-1）《砼规》式5.2.3-3
K×N ≤φ×f c×b×h/（6×eo/h+1）《砼规》式5.2.3-4
如果承载力验算不满足，则进行配筋计算，公式如下：
KN ≤f c×b×χ+f y'×As'-σs×As 《砼规》式6.3.2-1
KNe ≤f c×b×χ×（ho-χ/2）+f y'×As'（ho-a s'）《砼规》式6.3.2-2 2．偏心受拉截面正截面承载力计算依据：
轴向力作用在钢筋A s合力点与A s'合力点之间的小偏心受拉构件：
KNe ≤f y' ×As' ×（ho - a s'）《砼规》式6.4.2-1
KNe' ≤f y×As ×（ho' - a s）《砼规》式6.4.2-2
轴向力作用在钢筋A s合力点与A s'合力点之外的大偏心受拉构件：
KN ≤f y×As-f y'×As'-f c×b×χ《砼规》式6.4.3-1
KNe ≤f c×b×χ×（ho-χ/2）+f y'×As'（ho-a s'）《砼规》式6.4.3-2 3．截面抗剪验算依据：
当满足下述条件时，可不配置抗剪钢筋：
K×V ≤0.7×βh×f t×b×ho 《砼规》式6.5.4-1
βh ＝（800 / ho）1/4《砼规》式6.5.4-2
4．抗剪验算结果：
以计算点：底板1的截面为例进行抗剪验算，其余截面抗剪验算与此相同。

截面高度h = 600 mm；有效高度ho = 550 mm；截面宽度b = 1000 mm；
截面剪力设计值V = 4192 N
K×V = 1.35×4192 = 5659 N ≤0.25×f c×b×ho
= 0.25×11.90×1000×550 = 1636250 N
故受剪截面满足要求！
K×V = 1.35×4192 = 5659 N ≤0.7×βh×f t×b×ho
= 0.7×1.000×1.27×1000×550 = 488950 N
故受剪验算满足要求！
5．按素混凝土偏心受压构件验算截面承载力：
以计算点：底板8的截面为例进行素混凝土截面承载力验算，其余截面与此相同。

计算截面高度h ＝600 mm，宽度b ＝1000 mm，计算长度lo = 3181 mm
承受弯矩M ＝72691759 N·mm，轴力N ＝157039 N
b=600mm时，从《砼规》表5.2.2-1查得素混凝土构件稳定系数φ＝0.967
K×N ＝1.45×157039 ＝227707 N ≤φ×f c×b×h
＝0.967×11.90×1000×600 ＝6904232 N
按照素混凝土轴心受压构件验算承载力满足要求。

eo ＝M / N ＝72691759 / 157039 ＝462.9 mm
b=600mm时，从《砼规》表5.2.2-1查得素混凝土构件稳定系数φ＝0.967
从《砼规》附录C中表C1查得截面抵抗矩的塑性系数γm＝1.71
K×N ＝2.20×157039 ＝345487 N ≤φ×γm×f t×b×h/（6×eo/h-1）＝0.967×1.71×1.27×1000×600/（6×462.9/600-1）＝346197 N 按素混凝土偏心受压构件验算受拉区承载力满足要求。

K×N ＝1.45×157039 ＝227707 N ≤φ×f c×b×h/（6×eo/h+1）
＝0.967×11.90×1000×600/（6×462.9/600+1）＝1226571 N 按素混凝土偏心受压构件验算受压区承载力满足要求，无须进行配筋计算！
五、配筋及裂缝宽度计算结果：
h --衬砌计算截面高度，mm；
A si--衬砌计算截面内侧钢筋计算面积，mm2；
A si' --衬砌计算截面内侧钢筋实配面积，mm2；
A so--衬砌计算截面外侧钢筋计算面积，mm2；
A so' --衬砌计算截面外侧钢筋实配面积，mm2；
ω--衬砌计算截面的裂缝宽度，mm，当抗裂验算满足要求时则显示为“抗裂”；
计算节点编号顺序为：
底板或底拱、底圆按照从左到右编号；
顶板板或顶拱、顶圆按照从右到左编号；
其余部位按照从下到上编号；。