【文章內(nèi)容簡介】 ；φ0——圍巖計算摩擦角(176。)；B——隧道跨度(m)；θ——圍巖兩側(cè)摩擦角(176。)；λ——側(cè)壓力系數(shù)；h——洞頂?shù)孛娓叨?m)。 結(jié)構(gòu)配筋計算采用破損階段法進行配筋計算，步驟如下： 檢驗是否配筋由截面內(nèi)力計算偏心距e0=M/N，比較e0/ 大小若 e0/h≤，系抗壓強度控制承載能力，按315式計算： (315)式中，Ra——混凝土的抗壓極限強度，K——安全系數(shù)，對于由抗壓強度控制承載能力時，K=；抗拉強度控制承載能力時，K=。N——軸向力(N) b——截面的寬度(m)h——截面的厚度(m)φ——構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)，取φ=α——軸心力的偏心影響系數(shù)， (316) 若e0/h，系抗裂強度控制承載能力，按下式計算: (317) 式中，e0——截面偏心距(m)；Ri——混凝土的抗拉極限強度，；其他符號意義同前。若在不同的情況下，上面兩式滿足，則不需配筋，直接采用素混凝土；若不滿足，則需配筋。利用Excel將公式編輯，對各級圍巖進行驗算看是否需要配筋。 Ⅲ級圍巖結(jié)襯砌構(gòu)內(nèi)力計算和強度驗算區(qū)段里程：DK69+230~DK69+400圍巖級別：Ⅲ級圍巖容重：24kN/m3圍巖彈性抗力系數(shù)：850MPa/m圍巖似摩擦角：70176。太行山隧道該區(qū)段洞身位于的巖層為竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄至中厚層狀，弱風(fēng)化，巖體較完整。呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。初步假設(shè)洞身的初期支護為10cm，二次襯砌為35cm，初支與二襯見預(yù)留變形量為4cm。拱墻、仰拱襯砌選用C25混凝土，仰拱填充選用C20混凝土。 隧道所受圍巖壓力計算由于所選區(qū)段埋深由深埋向淺埋過渡，所以埋深選用深、淺埋分界值(h=),隧道寬度：B=，隧道高度Ht=。根據(jù)荷載計算公式(31)~(314)，結(jié)合隧道所處地理環(huán)境情況得出荷載計算結(jié)果見表37。表37 荷載計算結(jié)果隧道斷面所處區(qū)段里程計算埋深(m)深/淺埋情況垂直荷載(kN/m）水平均布荷載(kN/m)DK69+230~DK69+400淺埋 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算C25混凝土的容重γ=25kN/m3，Ra=19MPa ，Rw=，Rl= Ec=，ν=，鋼筋采用HRB335。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)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。在ANSYS計算模型中，二次襯砌采用彈性平面梁單元模擬，彈性抗力以及隧道底部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)點力施加在相應(yīng)的單元結(jié)點上。由ANSYS建模生成的變形圖見圖32。圖32 變形圖二次襯砌計算采用采用荷載——結(jié)構(gòu)模型，襯砌采用彈性梁單元模擬，初期支護與二次襯砌的約束采用無拉彈簧單元模擬，采用《》進行隧道襯砌結(jié)構(gòu)的分析，將隧道襯砌模擬為置于彈性地基梁上的有限單元桿系進行分析。Ⅲ級圍巖截面計算的內(nèi)力圖如圖334。圖33 ANSYS計算彎矩圖圖34 ANSYS計算軸力圖利用ANSYS進行計算，得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值如38表。表38 結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值表節(jié)點號彎矩(Nm)軸力(N)e0 (m)抗壓驗算抗裂驗算158123+05不驗算抗壓不合格253625+05不驗算抗壓不合格340729+05不驗算抗壓合格421165+05合格不驗算抗裂5+05合格不驗算抗裂625865+05合格不驗算抗裂745170+05合格不驗算抗裂855231+05不驗算抗壓合格950841+05合格不驗算抗裂1026812+05合格不驗算抗裂1121747+05合格不驗算抗裂1225642+05合格不驗算抗裂1313590+05合格不驗算抗裂14+05合格不驗算抗裂15+05合格不驗算抗裂16+05合格不驗算抗裂171157+05合格不驗算抗裂18+05合格不驗算抗裂19+05合格不驗算抗裂20+05合格不驗算抗裂21+05合格不驗算抗裂22+05合格不驗算抗裂23+05合格不驗算抗裂24+05合格不驗算抗裂25+05合格不驗算抗裂26+05合格不驗算抗裂27+05合格不驗算抗裂28+05合格不驗算抗裂2910002+05合格不驗算抗裂30+05合格不驗算抗裂31+05合格不驗算抗裂32+05合格不驗算抗裂33+05合格不驗算抗裂34+05合格不驗算抗裂35+05合格不驗算抗裂36+05合格不驗算抗裂37+05合格不驗算抗裂38+05合格不驗算抗裂39+05合格不驗算抗裂40+05合格不驗算抗裂節(jié)點號彎矩(Nm)軸力(N)e0 (m)抗壓驗算抗裂驗算412438+05合格不驗算抗裂42+05合格不驗算抗裂43+05合格不驗算抗裂44+05合格不驗算抗裂45+05合格不驗算抗裂46+05合格不驗算抗裂473352+05合格不驗算抗裂481241+05合格不驗算抗裂49+05合格不驗算抗裂50+05合格不驗算抗裂51+05合格不驗算抗裂52+05合格不驗算抗裂53+05合格不驗算抗裂54+05合格不驗算抗裂5513596+05合格不驗算抗裂5625645+05合格不驗算抗裂5721747+05合格不驗算抗裂5826812+05合格不驗算抗裂5950840+05合格不驗算抗裂6055230+05不驗算抗壓合格6145169+05合格不驗算抗裂6225865+05合格不驗算抗裂63+05合格不驗算抗裂6421166+05合格不驗算抗裂6540729+05不驗算抗壓合格6653626+05不驗算抗壓不合格 續(xù)表38 截面配筋驗算(縱向鋼筋)按最不利荷載組合對1單元進行強度驗算，結(jié)構(gòu)的最不利荷載組合彎矩值：M=58123Nm，軸力值：N=105N。截面為bh=1000350mm，采用C25混凝土和HRB335鋼筋，f cd=19MPa,fsd=fsd’= 360 MPa。(1)按對稱配筋設(shè)置由M=58123Nm，軸力值：N=105N，可得偏心距(e0)為:在彎矩作用方向，構(gòu)件的長細比,所以屬于短柱不考慮偏心距增大系數(shù)(即：η=)。設(shè) as=a’s=40mm， h0=has=35040=310mm。(2)判別大小偏心可得受壓區(qū)高度ξ為：故可按大偏心受壓計算。(3)求縱向鋼筋面積由ξ=， h0=310mm，得到受壓區(qū)高度x： 縱向鋼筋面積為：由于所計算的配筋面積值為負，所以按最小配筋率配：按要求選擇4φ16(=804 mm2)(4)截面復(fù)核(在垂直于彎矩作用平面內(nèi)的截面復(fù)核)由長細比，可得，則由公式：由于,所以滿足要求。(在彎矩作用平面內(nèi)的復(fù)核)as=a’s=40mm，， 假定為大偏心受壓，即取可得到受壓區(qū)高度：所以滿足要求。所以，Ⅲ級圍巖斷面襯砌配筋結(jié)構(gòu)為：4φ16(=804mm2)。間距為250mm。 箍筋配置封閉式箍筋選用φ8，滿足直徑大于d/4=4mm，且不小于8mm的要求。根據(jù)構(gòu)造要求箍筋間距S應(yīng)滿足：S≤15d＝1516=240 mm，S≤b=450mm，故選用箍筋間距選用：S=250 mm。 縱向筋配置結(jié)果Ⅲ級圍巖復(fù)合式襯砌斷面配筋圖及其配筋參數(shù)詳見本設(shè)計附錄B(圖號03：Ⅲ級圍巖復(fù)合式襯砌斷面配筋圖)注：以下各級圍巖襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算和配筋設(shè)計計算及檢算方式和Ⅲ級圍巖類似，故不贅述！ Ⅱ級圍巖襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算和強度驗算區(qū)段里程 DK74+300~DK77+700圍巖級別：Ⅱ級圍巖容重：26kN/m3圍巖彈性抗力系數(shù)：1500MPa/m圍巖似摩擦角：75176。太行山隧道本區(qū)段的洞身位于的巖層為竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r及白云巖，薄至中厚層狀，弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整呈大塊狀整體結(jié)構(gòu)。初步假設(shè)洞身的初期支護為5cm，二次襯砌為30cm，初支與二襯見預(yù)留變形量為2cm。拱墻襯砌選用C25混凝土，底板墊層選用C20混凝土。 隧道所受圍巖壓力計算所選區(qū)段埋深隧道埋深h=，隧道寬度：B=，隧道高度Ht=。根據(jù)荷載計算公式(31)~(314)，結(jié)合隧道所處地理環(huán)境情況計得出荷載計算結(jié)果見表39。表39 荷載計算結(jié)果隧道斷面所處區(qū)段里程最大埋深(m)深/淺埋情況垂直荷載(kN/m）水平均布荷載(kN/m)DK74+300~DK77+700深埋0 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算C25混凝土的容重γ=25kN/m3，Ra=19MPa ，Rw=，Rl= Ec=，ν=，鋼筋采用HRB335。ANSYS建模生成的變形圖見圖35。圖35 變形圖Ⅱ級圍巖截面計算的內(nèi)力圖如圖337。 圖36 ANSYS計算彎矩圖圖37 ANSYS計算軸力圖利用ANSYS進行計算，得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值如310表。表310 結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值表節(jié)點號彎矩(Nm)軸力(N)e0(m)抗壓驗算抗裂驗算123958+05不驗算抗壓合格221940+05不驗算抗壓合格3161749E+05不驗算抗壓合格4+05合格不驗算抗裂5+05合格不驗算抗裂613000+05合格不驗算抗裂720921+05不驗算抗壓合格824248+05不驗算抗壓合格920511+05合格不驗算抗裂10+05合格不驗算抗裂1117914+05合格不驗算抗裂1211988+05合格不驗算抗裂13+05合格不驗算抗裂141425+05合格不驗算抗裂152356+05合格不驗算抗裂16+05合格不驗算抗裂17+05合格不驗算抗裂18+05合格不驗算抗裂19+05合格不驗算抗裂20+05合格不驗算抗裂21+05合格不驗算抗裂22+05合格不驗算抗裂23+05合格不驗算抗裂24+05合格不驗算抗裂 續(xù)表310節(jié)點號彎矩(Nm)軸力(N)e0(m)抗壓驗算抗裂驗算25+05合格不驗算抗裂26+05合格不驗算抗裂27+05合格不驗算抗裂28170268064合格不驗算抗裂2965868合格不驗算抗裂3065160合格不驗算抗裂3164496合格不驗算抗裂