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1、word 格式支持编辑,如有帮助。地下建筑构造设计课程设计题目: 盾构管片设计院 部: 专 业: 班 级:组员及学号:2023 年 10 月 4 日1 盾构管片设计1.1 隧道功能该段隧道为城市地铁区间段。1.2 衬砌方式依据设计要求盾构管片类型为平面型。平面型管片的抗弯刚度和强度相对较大,且管片 混凝土截面减弱小,对盾构推动装置的顶力具有较大的抵抗力量。故打算承受 C50 钢筋混凝土平面型管片,管片厚度的选择,取决于土质条件、掩盖土层的厚度、施工荷载状况、隧道的使用目的及管片施工条件等多种因素。本工程的管片厚度选择为 300mm,管片形心半径为2350+100*5mm,管片的每环长度为 10
2、00mm。但是对管片是否能承受荷载,还需要进展管片内力的计算。由于错缝拼装可使接缝均匀分布,提高管片的整体刚度,削减接缝及衬砌圆环的变形。考虑本工程盾构区段对地面沉降要求较高及其它工程条件,故打算承受错缝拼接方式。1.3 管片条件管片类型:平面型;管片外直径:D=6000mm;管片形心半径:R c2850mm ;管片宽度:B=1000mm;管片厚度:t=300mm;管片截面面积:A=300x1000=3000(cm);管片单10支持编辑,如有帮助。位重度: g= 26kN / m3c; 管片的弹性模量: E = 3.1107kPa ; 管片截面惯性矩 :I = 22.510-4 m4 ;1.4
3、 场地条件土层条件:粘性土;土的单位重度: g = 18.5kNm3 ;土的单位浮重度:g ”= 8.5kNm3 ;土的内摩擦角:j = 21;土的黏聚力: c = 12 kNm2 ; 土的侧压力系数: K= 0.5 ;0超载: p= 10 kN m2 ;0上部土层厚度: H = 6m +0.5*8=10m; 潜水位:地下水位埋深为 3m;Hw=10-3=7m地基土的反力系数; k = 10MN m3 ;水的单位重度g= 10kN/m3 ;w1.5 构件容许应力混凝土标准强度:; f=32.4 MN m2ck混凝土允许抗压强度:s=16.2 MN m2 ;ca;混凝土抗弯刚度有效系数:h =1
4、.0;s钢筋与混凝土弹性模量比: n= EEc混凝土弯矩增大率:x =0.0;= 2.0105 =5.80 3.45104钢筋SD35允许强度:s=200 MN m2 ;sa螺栓允许强度:s= 240 MN m2 ;sa1.6 盾构千斤顶盾构千斤顶轴推力:T = 1000kN 10 片。一个盾构千斤顶的中心推力与衬砌管片中心偏心距: e = 1cm ;相邻两个千斤顶的距离: l= 10cm ;盾构千斤顶顶管片数量: 10 片。s在校对管片衬砌抵抗盾构千斤顶轴推力的安全性时,常承受允许应力提高到上面所提到应力的 165%。由于管片衬砌作为一个临时构造能够被求出数值。1.7 设计方法盾构隧道的设计
5、主要依据设计标准,校核内力承受弹性方程法,弹性方程内力公式,校核衬砌安全性承受允许应力设计法。2 荷载计算由于土是粘性土,所以土压力和水压力合算。在隧道拱部的垂直土压力(pel)用太沙基公式计算: B= D cot+ j = 5.71284静荷载: g = 26 0.3 = 7.8kPa静荷载底部反作用力: p= pg = 24.492kPag隧道拱部的垂直压力:土压: pel= Po + H = 10 + 18.5 10 = 195KN / m2隧道底部的垂直压力: P2 = P1+ pg = 289.492KN / m2隧道拱部的侧压作用在隧道形心半径处:土压:隧道底部的侧压作用在隧道形心
6、半径处:土压: q= KoPo + H + D + T / 2= 154.38 KN / m2e2不考虑静荷载作用的地基反作用力位移:地基的反作用力: p= kJ = 10 1000 0.003989 = 39.89KN / m2k3. 内力计算荷载垂直方向均载P1侧向均载弯矩(N ) / (Rc2 )轴力(N ) / (Rc)剪力(Q) / (R )cq 1侧向三角形变化荷载0 q 40.3536Ckd侧向地基反作/23/4 -0.3487+0.5S2-0.2357C3k q 42/23/4(-0.7071C + C2 +0.7071S 2C)kd(SC+0.7071C2S)k用力3/4/2
7、3/4(-0.7071C+C2-03/4-0.3536Sk(0.2346+0.3536C)k.7071S2C)k3/4-0.3536C静荷载(g)弹簧的侧向位移()q = 拱角; S 2 = (sinq)2 ; S3 = (sinq)3 ;C = cosq;依据表中的计算公式,计算出的衬砌管片的内力如下图总弯矩KN/m总轴力KN/m总剪力KN/m080.41622.20.001073.67627.9-26.222058.32642.9-44.543034.97658.3-55.00408.04678.2-59.7350-17.97693.8-53.5460-39.14713.4-43.7370
8、-52.96735.1-20.5480-58.60754.5-7.4490-56.87789.19.73100-43.56792.948.39110-34.78788.162.03120-19.67783.268.98130-1.71775.268.9814017.99769.362.5815035.39744.350.7316049.26736.235.3617058.17731.118.0718061.23629.300.004. 配筋计算由上表可见,当=0 时,弯矩取最大值。1将管片视为一平面板,板的长度 l。=Rc=3.14*2.85=8945mm;宽度 B=1000mm;高h=300
9、mm;由于管片收到相反方向的弯矩。且数值相差不大,因此承受对称配筋。受压区相对高度X=N/.fc.b=544.64*10/1*2.3*1000=23.58 1;取x= 1= 6.362 11N544.64 1103则:按大偏心受压状况计算:e =h e + h - a = 315.28 + 300 - 35 = 430.28 mm12s2X=N/h3001806mm2N (h e -+ a ”)544.64 103 (315.28 -+ 35) A =12s= 622.2 1000 315.28 -1250 + 35= 1580.88sf (hy0- a ”)330000(226655-335
10、5)s取9f 16 , As= A ” = 13188509 mm2;sl演算:由 0= 8945 = 8.945 ,得j = 0.9905b1000则 N= 0.9j ( fuc A + f” Ays”) = 0.9 0.9905 (23.11000 300 + 33000011388056 22)= 7143 kN 792.9 kN满足要求(2)验证弯矩配筋所能承受的最大弯矩Mu按单筋计算同时r 0.2% 300 = 0.23%265x = 0.52% 300 / 23.1 = 0.067 75.74kNm安全。5. 验算衬砌管片的安全性演算截面A,截面B,连续局部和盾构千斤顶的推力,看衬
11、砌管片是否安全。(1) 截面 A 和截面B 安全性校核计算原理:利用材料力学中的均质材料受弯的方法进展叠加计算,但由于钢筋混凝土是非均质材料,因此计算管片截面积应把钢筋等效成混凝土进展计算,同理,管片截面惯性矩也应适用等效后的截面积,计算公式如下:A = Asj+ n( As+ A ”) = 0.31+ 5.8(1385+1385)10-6 = 0.316 m2sA 等效后的管片截面面积,m2;A 管片实际截面面积, Asjsj= Bt m2;= 2.462 109 mm45.1 截面 A 承受正弯矩和轴力(1+ x )M max = 80.815 kNmN = 622.2 kN等效截面积:
12、A = Asj+ n( As+ A ”) = 0.316 m2sI = 2.462109mm2混凝土的最大压应力:= 6.65 MN/m2 14.3MN/m2混凝土的最大拉应力:NMhs=-=564242.6241100030- 808801.58115001003 0.3=0.-3 = -3.23.2 MN/m2cAI200.33116622.4.4662211009910-122 2由图 3-3 的几何关系可得钢筋应力:截面 A管片衬砌临界断面应力分布截面A 满足强度要求。依据三角形形似计算ss/ n ,从而求出s。s6.65 =x x = 202.54 cm3.2300 - x1x= 2
13、02.54 - 35 x= 5.5 cm = s”sn6.65202.541s= 5.5 5.8 = 31.9 320230 MN/m2s2x= 300 - 202.54 - 35 x= 2.05cm =ss3.2300 - 202.542ns= -2.05 5.8 = -11.895 230000 MN/m2s5.2 截面 B 承受负弯矩和轴向力截面B管片衬砌临界断面应力分布M B = -6622.6.6k0NmN = 76889.1 kNm混凝土的最大压应力:s= N +M h = 6-84.13103+ -66.79 103 0.3 = -1.9041.904 MN/m2 14.3 MN
14、/m2cAI20.3162.462 10-32s” =N - M h = 684.131036.23 MN/m2- -66.79 103 0.3 = 6.23cAI20.3162.462 10-32全部满足要求,截面A、B 均安全。检查断面 A、B 安全性的计算结果截面 A截面 B622.2789.114.84-9.76抗压强度s / (MN/m 2 )c6.65-1.904抗压强度s”/ (MN/m 2 )-3.26.23c抗拉强度s/ (MN/m 2 )s-11.89530.63抗拉强度s ”/ (MN/m 2 )s31.9-5.545.2 验算剪力最大剪力截面 依据式r = Q tbd其
15、中,Q最大剪应力。-59.73KN/mb矩形断面为全宽度,T 形断面为腹板宽度,1000mmt混凝土的允许剪应力。80Mpa其他参数意义一样t =-225Kpa剪力满足设计要求。5.3 连接缝的验算连接抵抗弯矩应当不小于管片自身抵抗弯矩的60%。5.3.1 管自身抵抗弯矩x 当内力 N = 0 ,受压区峰值纤维与中和轴线的距离(受压区高度)5.8 (1385+1385)2 + 2 5.8 (1385 35 + 1385 265)10001000= -5.8 (1385+1385) +1000= 55.194 mmM当受压区峰值纤维压力到达 16.2MN/m2 时挂念自身抵抗弯矩,16.2MN/
16、m2 是rc混凝土的最大抗压强度:= 127.08 (kNm/环)M当钢筋应力到达 200MN/m2 时管片自身的抵抗弯矩,其中 200MN/m2 是钢筋的rs允许的最大抗拉强度:= 1.27 (MN/环)M= min(M, M) = M= 127.08 (kNm/环)rrcrsrc5.3.2 连接缝的抵抗弯矩管片连接断面螺栓分布:x当内力 N=0 时,受压区峰值纤维与中和轴的距离(受压区高度):1+ 2bdnABnA5.813.62 10 26.5x =Bb(-1+=(-1+1+ 105.813.6) = 14.03 cm;M当受压区峰值纤维压力到达 16.2MN/m2 时连续缝的抵抗弯矩,
17、16.2MN/m2 时jrc混凝土允许的最大抗压强度:bxx1 0.14030.1403Mjrc=(d -)s23ca= (0.265 -) 2136.12110066= =35335.36.464 kN/m2 23M当钢筋应力到达 240MN/m2 时连接缝的抵抗弯矩,其中 240MN/m2 是螺栓允jrB许应力:x0.1403MjrB= A (d -)sB3Ba= 12.510-4 (0.265 -) 32040011006 6=818.18.484 kN/m23M= min(M, M) = M= 81.84 kN/m2jrjrcjrBjrB管片连接断面5.3.3 演算千斤顶的推力是否符合
18、要求管片和盾构千斤顶推力e 一个盾构千斤顶的中心推力与衬砌管片中心偏心距,e=1.0cm;P 每个千斤顶的推力,P=1000kN;l 相邻两个千斤顶的距离,lss=10cm;s 混凝土管片最大抗压强度, MN/m 2 ;sN 盾构千斤顶数量,10 片;jt 管片厚度,t=30cm;2R2 2.85B 定位板中心弧长, B =c - lNsj=- 0.1 = 1.689 m; 10A 作用在衬砌管片上一个千斤顶推力机的接触面积,A = Bt = 1.689 0.3 = 0.507 m2I = Bt3= 1.689 0.33= 0.00381212m4s 混凝土的最大压应力cPe h1=100010321000103 0.01Ps=+3.288 MN+/m2 16.21.65 = 262.73MN/m2cAI0.5070.0038结论:衬砌管片初拟条件设计承载值相对设计负荷值是安全的。