【文章內(nèi)容簡介】 三角形水平土壓力， kPa； HR ——襯砌圓環(huán)計(jì)算半徑， m； 0? ——襯砌環(huán)直徑高度內(nèi)各土層重度的加權(quán)平均值， kN/m3； ??? ?????? ）（? kN/m3。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： ?2hP ???? kPa。 （ 6）靜水壓力：水位高為 。 （ 7）襯砌拱底反力： wHvvR RgPPP ??? )2(21 ???? （ ） 式中 PR——襯砌拱底反力， kPa； Pv1——襯砌拱頂豎向地層壓力， kPa； Pv2——襯砌拱背部荷載， kPa； g——襯砌自重， kPa； γw——水的容重，取為 10 kN/m3。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： 0 8 6 0109 2 9 8 1 ＝????????RP kPa。 （二）考慮特殊荷載作用 本設(shè)計(jì)中特殊荷載指人防、地震荷載等。在本設(shè)計(jì)中豎向特殊荷載取 ?1vP 100 kPa，側(cè)向特殊荷載 取 ?1hP 40 kPa。 本設(shè)計(jì)內(nèi)力計(jì)算采用《土層地下建筑結(jié)構(gòu)》和《隧道工程》中的計(jì)算工法。對(duì)基本使用階段和特殊荷載階段兩種情況下可能出現(xiàn)的最不利荷載進(jìn)行組合。取左半襯砌圓環(huán)進(jìn)行分析，將其均分為九個(gè)部分，各部分分別為 0186。、 、 45186。、 、 90186。、 、 135186。、 180186。，其中 0186。表示襯砌圓環(huán)垂直直徑處， 0186。處向左量取 ，以此類推。 計(jì)算中彎矩用 M表示，軸力用 N表示，終值由結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下得到的內(nèi)力經(jīng)過疊加得到。各斷面內(nèi)力系數(shù)表如下 表 。 表 斷面內(nèi)力系數(shù)表 荷載 截面 位置 截面內(nèi)力 M（ kNm） N（ kN） 自重 0～ ? )s inc o (2 ??? ??HgR )c o in( ??? ?HgR 上部 荷載 0～ 2? )s c o s1 0 9 ( 221? ?? ?Hv RP )c o ( s in 21 ?? ?Hv RP 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 根據(jù)表 中內(nèi)力計(jì)算公式，并運(yùn)用 Excel 表格進(jìn)行匯總計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表 ： 表 管片內(nèi)力計(jì)算一覽表 截面位置 基本使用階段 特殊荷載階段 M（ kNm） N（ kN） M（ kNm） N（ kN） 0176。 176。 45176。 176。 90176。 176。 135176。 2? ～ ? )s in c (21 ? ?? ?Hv RP )c o ( s in1 ?? ?Hv RP 底部 反力 0～ 2? )c o (2 ??HR RP ? HR RP 2? ～ ? )s o s1 0 s in4 4 ( 22?? ??? ??HR RP )c s in(s in2? ??? ?HR RP 水壓 0～ ? ?????)s c (3? ?? HR ???? ? ?????? ?? ? HRR H )s c o (2 均布 測壓 0～ ? )c o ( 221 ??Hh RP ?21 cosHh RP △ 測壓 0～ ? ) c ( 3222 ?? ?? ??Hh RP )c o c o (c o s22 ? ??? ?Hh RP 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 續(xù)表 176。 180176。 由于本工程所采用的管片設(shè)計(jì)寬度 為 b=，而荷載計(jì)算是 按管片寬度 b=1m計(jì)算所得，所以最終荷載應(yīng)在 b=1m計(jì)算基礎(chǔ)上乘以 的系數(shù)。將內(nèi)力組合匯總?cè)绫?。 表 管片內(nèi)力組合一覽表 截面位置 內(nèi)力組合 管片內(nèi)力組合 M（ kNm） N（ kN） M（ kNm） N（ kN） 0176。 176。 45176。 176。 90176。 176。 135176。 176。 180176。 根據(jù)計(jì)算所得的內(nèi)力圖繪出襯砌的內(nèi)力組合圖如下： 圖 襯砌內(nèi)力組合圖 由內(nèi)力組合值可知，彎矩在拱底處 ? =180176。 取得正的最大值（管片內(nèi)側(cè)受拉，M= kNm），在 ? =90176。 的時(shí)候取得負(fù)的最大值（管片外側(cè)受拉， M= m） ；中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁 軸力在 ? =176。 時(shí)取得最大值 N=1934 kN。 斷面設(shè)計(jì) 管片斷面 管片配筋取襯砌結(jié)構(gòu)承受彎矩最大值作為設(shè)計(jì)依據(jù)，在內(nèi)力組合中得出的結(jié)果，在 ?=180176。時(shí) 截面內(nèi)側(cè)受拉彎矩最大， ? =90176。 時(shí)截面外側(cè)受拉彎矩最大。故按 ? =180176。 時(shí)的截面進(jìn)行內(nèi)排鋼筋設(shè)計(jì)，按 ? =90176。 時(shí)的截面進(jìn)行外排鋼筋設(shè)計(jì)。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，并參考文獻(xiàn)《盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用》，按偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行截面配筋設(shè)計(jì)。 （ 1）對(duì)襯砌管片進(jìn)行內(nèi)排配筋 ? =180176。時(shí)： 彎矩 M= kNm； 軸力 N= kN。 管片鋼筋選定為 HRB400（ 20MnSiV）型熱軋鋼筋，選用混凝土等級(jí)為 C55 混凝土。h=350mm， h0= h – as=h50=300mm。 3370 ?? NMe mm （ ） ea=20mm（ ea 取 20 和 ?? 3035030h mm 較大者） ei=e0+ea=337+20=357mm300=90mm （ ） 式中 e0——截面的初始偏心距， mm； ea——軸向力在偏心方向上的附加偏心距， mm； ei——修正截面初始偏心距， mm； sa ——混凝土的保護(hù)層厚度， mm； h——管片的厚度 ， mm。 所以，初判屬大偏心受壓情況。 si ahee ??? 2? (） 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得 ： 4 8 2501 7 53 5 7 ????e mm 式中 e——軸向力到受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離 ， mm； ?——截面的偏心距增大系數(shù)，取為 ； 對(duì)受壓面配筋： ) ( )(039。20139。sybbcs ahf bhfNeA ?? ??? ??? （ ） 式中 1? ——矩形應(yīng)力圖強(qiáng)度與受壓區(qū)混凝土最大應(yīng)力 cf 的比值； cf ——混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2； b ——管片寬度， mm； b? ——界限相對(duì)受壓區(qū)高度； 39。yf ——鋼筋屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2； 0h ——截面的有效高度， mm。 根據(jù)選定的Ⅲ級(jí) HRB400 鋼筋和 C55 混凝土，查表可得： 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 1? =； cf = N/mm2； b =； b? =； 39。yf =360 N/mm2； 0h =300mm。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： )503 0 0(3 6 0 )5 0 (5 0 0 01 2 0 8 6 6 1 2339。 ?? ??????????sA= –2605mm20。 39。sA 為負(fù)說明混凝土受壓強(qiáng)度已經(jīng) 足夠， 39。sA 按最小配筋率計(jì)算。 最小配筋率 ρmin： 查表得： tf = N/mm2；yf = 39。yf =360 N/mm2； ?? }%, x {m in ytff? % （ ） 式中 min? ——最小配筋率； tf ——混凝土的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2； yf ——鋼筋的屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2。 0min39。 bhAs ?? （ ） 式中 b——管片寬度， mm； 0h ——截面的有效高度， mm。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： 8 8 23 0 01 2 0 0%2 4 39。 ????sA mm2。 由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計(jì)算受壓區(qū)高度 x ： )()2( 39。039。39。01 ssyc ahAfxhbxfNe ???? ? （ ） 式中 1? ——等效矩形應(yīng)力圖強(qiáng)度與受壓區(qū)混凝土最大應(yīng)力 fc的比值； cf ——混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2； b ——管片寬度， mm； e ——軸向力到受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離 ， mm； 39。yf ——鋼筋屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2； 0h ——截面的有效高度， mm； N ——截面承受的最大軸力， kN。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： x = mm 2as =100 mm。 對(duì)受拉面配筋： )( 2/ 39。0 sy sis ahf aheNA ? ??? ? （ ） 式中 α1——矩形應(yīng)力圖強(qiáng)度與受壓區(qū)混凝土最大應(yīng)力 cf 的比值； cf ——混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2； b ——管片寬度， mm； 39。yf ——鋼筋屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值， N/mm2； N ——截面承受的最大軸力， kN。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 其余各符號(hào)的解釋與前面一致。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： ??? ??? )50300(360 13sA mm2 ；故 sA = mm2。 （ 2）對(duì)襯砌管片進(jìn)行外排配筋 θ=90176。時(shí)（與內(nèi)排配筋步驟相同）： 彎矩 M=–m ； 軸力 N= kN； ?0e NM =189 mm， ea=20 mm（ ea 取 20 和 3035030?h = mm 較大者）； ei= e0+ ea =189+20=209mm=300=90 mm； 3 3 4501 7 52 0 92 ??????? si hee ?? mm。 對(duì)受壓面配筋 ： ) ( )( s039。20139。ahf bhfNeA y bbcs ?? ??? ??? 式中 各符號(hào)的解釋與前面一致。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： )50300(360 )( 2339。 ?? ??????????sA = mm20 39。sA 為負(fù)說明混凝土受壓強(qiáng)度已經(jīng) 足夠， 39。sA 按最小配筋率計(jì)算。 最小配筋率 min? ： ?? }%, a x{m in ytff? % 8823001200% i n39。 ????? bhA s ? mm2 由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計(jì)算受壓區(qū)高度 x ： )()2/( 39。039。39。01 ssyc ahAfxhbxfNe ???? ? 式中 各符號(hào)的解釋與前面一致。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得：計(jì)算得： x = 2as =100mm。 對(duì)受拉面配筋： )( 2/ 39。0 sy sis ahf aheNA ? ??? ? 式中 各符號(hào)的解釋與前面一致。 將已知數(shù)值帶入計(jì)算可得： sA )50300(360 3?? ??? = mm2。 故 As= mm2。 管片配筋為： 內(nèi)筋：選用 12? 22@100 的鋼筋進(jìn)行布置 ， As =。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 外筋：選用 5? 22@240 的鋼筋進(jìn)行布置 ， As = mm2。 驗(yàn)算總的配筋率： bh AA SS 039。 ??? 1 2 0 03 0 0 8 9 5 5 9 ??? = %ρmin=% （ ） 式中 39。sA ——內(nèi)部配筋的計(jì)算面積， mm2； As ——外部配筋的計(jì)算面積， mm2。 % a x ????? y cb f f??? （ ） 式中 39。sA ——內(nèi)部配筋的計(jì)算面積， mm2； As ——外部配筋的計(jì)算面積， mm2。 故有： min? ? max? ，滿足配筋要求。 接縫張開量