【文章內(nèi)容簡介】 0 . 3 9 0 . 3 1 . 8 0 . 5 42 2 0 . 5b Me N? ? ? ? ? ? 14 滿足墻身截面偏心的要求。 應(yīng)力 ? 6 2 2 0 . 5 6 0 . 3 9( 1 ) ( 1 )1 . 8 1 . 8beN M NF W b b? ?? ? ? ? ? ? m a x 2 8 2 [ ] 4 .1KPa M P a??? ? ? m in 3 7 [ ] 4 .1KPa M P a??? ? ? ? 因為 ? 出現(xiàn)負值，故尚因檢算不考慮圬工承受拉力時受壓區(qū)應(yīng)力重分布 的 最 大 壓 應(yīng) 力 。 通 過 應(yīng) 力 從 分 布 ， 受 壓 區(qū) 的 最 大 壓 應(yīng) 力m a x 282 37 159 .5 [ ] Pa M Pa??? ? ? ? ? 滿足墻身截面強度的要求。 第四章 隧道洞身設(shè)計及配筋 Ⅴ級圍巖隧道洞身設(shè)計及配筋 根據(jù)分析并結(jié)合工程地質(zhì)條件最終選定 里程為 DK8+720 處的斷面作為Ⅴ級圍巖計算截面 ， 隧 道開挖 寬 度 B=， 高 度 H=， 埋深H1=32m。 《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》計算圍巖松動壓力的統(tǒng)計公式。 10. 45 2 sqh ??? ? ? 式中， hq—— 等效荷載高度值； s—— 圍巖級別，如 Ⅲ 級圍巖，則 s＝ 3； γ—— 圍巖容重， kN/m3； ω—— 寬度影響系數(shù)，且 )5(1 ??? Bi? ； 15 B—— 坑道的寬度， m ； i—— 以 B=5m 為基準， B 每增減 1m 時的圍巖壓力增減率，當 B＜ 5m時，取 i＝ ， B＞ 5m 時，取 i＝ 。 等效荷載高度值 hq=， H1=32m 時， H h?? ，屬于淺埋條件。 計算淺埋隧道圍巖壓力 此時 ?? ? tan)1(t antantan 2 ????? ?? ???? ? ? )tan(tantan1tan tantan ???? ?? ?????? ??? kPaBHq t )tan11( ??? ??? kPaHe ?? ?? kPaHhe t ???? ??? 隧道工程建筑物是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力和變形與圍巖密切相關(guān)，支護結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個統(tǒng)一的受力體系相互約束，共同工作。這種共同作用正是地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別。根據(jù)本工程淺埋及松散地層的特點，使用階段結(jié)構(gòu)安全性檢算采用“荷載 — 結(jié)構(gòu)”模式，即將支護和圍巖分開考慮，支護結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來源和支護結(jié)構(gòu)的彈性支承。支護 結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是通過彈性支承對支護結(jié)構(gòu)施加約束來實現(xiàn)的。 計算模型中，二襯結(jié)構(gòu)采用彈性平面梁單元模擬，彈性抗力以及地基均采用彈簧單元模擬。組合荷載根據(jù)不同作用方向分別轉(zhuǎn)換成等效節(jié)點力 16 施加在相應(yīng)的單元結(jié)點上。荷載組合為永久荷載、可變荷載和偶然荷載這三種荷載類型的組合形式，結(jié)構(gòu)計算荷載為上述三類荷載同時存在的可能性進行最不利組合。為此將上述荷載乘以分項系數(shù) 。具體計算模型見圖。 圖 41 計算模型圖 采用 ANSYS 結(jié)構(gòu)分析軟件對結(jié)構(gòu)進行荷載分析并計算結(jié)果得隧道斷面的變形圖、軸力圖、彎矩圖。 17 圖 42 變形圖 圖 43 彎矩圖 18 圖 44 軸力圖 根據(jù)內(nèi)力圖知道： 最大正彎矩為 M＝ 183045Nm；軸力為 N=1745900N。 最大負彎矩為 M=189587Nm；軸力為 N=1453400N； 襯砌單元截面為 bh=1000mm?500mm，考慮撓度影響的軸向力偏心距增大系數(shù)，對隧道襯砌取 ? =，襯砌混凝土等級為 C35，混凝土彎曲抗壓強 cdf = ， 鋼 筋 采 用 HRB400 ， 抗 拉 、 抗 壓 強 度39。sdsd ff ? =360MPa， b? =。取 39。ss aa? =50mm，則 sahh ??0 =450mm。 一 、配筋計算 1．結(jié)構(gòu)承受最大正彎矩的配筋計算： 矩形截面的配筋計算： M=183045Nm N=1745900N 初始偏心距 e0: .10517459001830450 mmNMe ??? 19 mmhmme 00 ????? ； 所以要考慮附加偏心矩的影響，故取 mmea 20? 此時的初始偏心矩為： mmeee ai 125105200 ????? ； 大小偏心 距的判別： 按《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（ TB10003— 2022）有： hmmee ii ???? ? 所以按小偏心計算。 此時離縱向力較遠的一側(cè)鋼筋?。? 239。min 1 0 0 05001 0 0 mmbhA s ????? ? 由于 N=775381N〈 Nbhf cm 6 4 3 5 0 0 ???? 故可不按離軸向力較遠一側(cè)混凝土先壓壞情況驗算面積 sA 選 )1256(204 2mmAs ?? 為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點 —— 補充如下方程： bhx ?? ?? 0＝ ； mmbf Nx cm 1745900 ????? 0)(3601)(1 039。39。????????????? ssscmys AbhfNfA ?? 2min 1 0 0 05001 0 0 mmbh ????? 20 取： 4 18? ?,sA 1017 2mm ； %%2 2 min ??? ?? 非少筋。 ??? bb hx ?? 非超筋。 滿足要求！ 2．結(jié)構(gòu)承受最大負彎矩的配筋計算： 矩形截面的配筋計算： M=189587Nm N=1453400N 初始偏心距 e0: .13014534001895870 mmNMe ??? mmhmme 00 ????? ； 所以要考慮附加偏心矩的影響，故取 mmea 20? 此時的初始偏心矩為： mmeee ai 150130200 ????? ； 大小偏心距的判別： 按《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（ TB10003— 2022）有： mmhmmee ii 0 ????? ? 所以按大偏心計算。設(shè)縱向受拉鋼筋的面積為 As‘（離軸力 N 比較近）；離軸力比較遠的鋼筋面積為 As； 根據(jù)平衡方程得： sysycm AfAfbxfN ??? 39。39。； )(39。)2( 39。039。0 ssscm ahAfxhbxfeN ????? ； 公式中： mmahee si 32520 ????? ? 。 21 mmbf Nx cm 145 34 00 ????? 為充分發(fā)揮混凝土的受壓特點 —— 補充如下方程： bhx ?? ?? 0＝ ； 聯(lián)解以上方程得： )( )( 39。039。2039。sybbcms ahf bhfNeA ? ??? ?? 式中： mNNe .3 6 8 2 8 4 8 3 33 2 51 4 5 3 4 0 0 ??? ； MPafcm ? ； 0)50450(360 )( 2, ??? ?????????SA 2min 1 0 0 05001 0 0 mmbh ????? 但根據(jù)規(guī)范要求，鋼筋混凝土的配筋不得小于規(guī)定得最小配筋（構(gòu)造配筋）。 所以，此處按構(gòu)造配筋： 2min, 1000 mmbhAs ?? ? ?。?4 18? ?,sA 1256 2mm ； %%2 7 m i n ??? ?? 非少筋。 ???? bb hx ?? 22 非超筋。 滿足要求！ 以上是隧道襯砌的最大正彎矩和最大負彎矩的配筋計算，但對于一個就要承受最大正彎矩又要承受最大負彎矩的構(gòu)件來說，它的上緣筋就應(yīng)該是其承受最大負彎矩時的受拉筋，同樣，它的下緣筋就應(yīng)該是其承受最大正彎矩時的受拉筋。 根據(jù)上面的計算可以得知：對于本設(shè)計襯砌的配筋應(yīng)該同樣是： 4Φ20 %% min39。 ??? ?? 非少筋。 ???? bb hx ?? 非超筋。 驗算合格！ 二．Ⅴ級圍巖襯砌安全性評價： ： 由于 oo he ? ，不需要檢算抗壓強度，只要檢算抗拉強度和裂縫。 根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（ TB10003— 2022）的規(guī)定：隧道襯砌大偏心受壓混凝土構(gòu)件，在最后的檢算主要是受拉裂縫的檢算，主要裂縫檢算合格，就可以不驗算此項。 ： （ 1）、最大正彎矩裂縫檢算 因為： mmhmme 00 ??? 所以不需要進行裂縫驗算。 （ 2）、最大負彎矩裂縫檢算 因為： mmhmme 00 ??? 所以不需要進行裂縫驗算。 23 根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（ TB10003— 2022）的有關(guān)規(guī)定：鋼筋混凝土矩形截面的偏心構(gòu)件（ hx ? ），其截面強度檢算應(yīng)按照以下公式進行： )( ,gggw AARbxRKN ??? 其中： K－安全系數(shù)，按規(guī)范有關(guān)規(guī)定采用； wR －混凝土彎曲抗壓極限強度； gR — 鋼筋的抗拉或抗壓計算強度； , gg AA －受拉 和受壓區(qū)鋼筋的截面面積； 在本設(shè)計中，以上參數(shù)的取值為： （ 1）最大正彎矩 K＝ ， wR ＝ , gR =520MPa, 2, 1017mmAA gg ?? ,b=1000mm, x=。 代入計算有： 左邊＝ 2190160N； 右邊＝ 2564100N。 左邊 右邊 滿足要求！ （ 2）最大負彎矩 相關(guān)參數(shù)如下： K＝ ， wR ＝ , gR =520MPa, 2, 1017mmAA gg ?? ,b=1000mm ， x=130m 帶入計算有： 左邊 =1901060N 右邊 =3163100N 24 顯然左邊〈右邊 滿足要求！ 對于本設(shè)計的襯砌配筋就按以上計算的選取，對稱配筋每側(cè)鋼筋為 4Φ 20。 Ⅳ級圍巖隧道洞身設(shè)計及配筋 根據(jù)分析隧道平面圖、隧道縱斷面圖、隧道橫斷面圖并結(jié)合工程地質(zhì)條件最終選定 里程為 DK8+780 處的斷面作為Ⅳ級圍巖計算截面 ， 隧 道開挖 寬 度 B=， 高 度 Ht=， 埋深 48m 《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》計算圍巖松動壓力的統(tǒng)計公式。 10. 45 2 sqh ??? ? ? 式中， hq—— 等效荷載高度值； s—— 圍巖級別，如Ⅲ級圍巖，則 s＝ 3； γ —— 圍巖容重， kN/m3； ω —— 寬度影響系數(shù)，且 )5(1 ??? Bi? ； B—— 坑道的寬度， m ； i—— 以 B=5m 為基準， B 每增減 1m 時的圍巖壓力增減率，當 B＜ 5m時，取 i＝ ， B＞ 5m 時，取 i＝ 。 等效荷載高度值 hq=， H1=48m 時， mhH q ?? ，屬于深埋條件。 垂直荷載 ? ? kPahq q ????? ? 水平荷載 k P aqe ?? 考慮水壓力的作用后 垂直荷載 kPaq ???? 25 水平荷載 拱頂處 kPae ??? 仰拱處 kPae ???? 采用 ANSYS 結(jié)構(gòu)分析軟件對結(jié)構(gòu)進行荷載分析并計算結(jié)果得隧道斷面的變形圖、軸力圖、彎矩圖。 圖 45 變形圖 26 圖 46 彎矩圖 圖 47 軸力圖 配筋計算及檢算 根據(jù)內(nèi)力圖知道： 27 最大正彎矩為 M＝ 176180Nm；軸力為 N=1964000N。 最大負彎矩為 M=14595Nm；軸力為 N=1453400N； 襯砌單元截面為 bh=1000mm?450mm，考慮撓度影響的軸向力偏心距增大系數(shù)，對隧道襯砌 取 ? =，襯砌混凝土等級為 C35，混凝土彎曲抗壓強 cdf = ， 鋼 筋 采 用 HRB400 ， 抗 拉 、 抗 壓 強 度39。sdsd ff ? =360MPa， b? =。取 39。ss aa? =35mm，則 sahh ??0 =415mm。 1．結(jié)構(gòu)承受最大正彎矩的配筋計算： 矩形截面的配筋計算： M=176180Nm N=1964000N 初始偏心距 e0: .9019 6400 017 61800 mmNMe ??? mmhmme 00 ????? ； 所以要考慮附加偏心矩的影響，故取 mmea 20? 此時的初始偏心矩為： mmeee ai 1 1 090200 ????? ； 大小偏心距的判別：按《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》（ TB10003— 2022）有： hmmee ii ???? ? 所以按小偏心計算。 239。m i n mmbhA s ????? ? 由于 N=1964000N〈 Nbhf cm 5 9 3 4 5 0 04 1 5