直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)計算說明書(浙理地下建筑結(jié)構(gòu)課程設(shè)計)

1、精品文檔直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計計算說明書3歡迎下載 。設(shè)計資料：1 .圍巖特征某隧道埋深85 mi圍巖為田級圍巖，RQD=85%C=57.4MPa,容重 產(chǎn)25kN/m3, 側(cè)向和基底彈性抗力系數(shù)均為 K 1.4 105kPa/m。2 .襯砌材料采用整體式直墻拱混凝土襯砌，混凝土標(biāo)號為C2Q彈性模量E=26GPa容重產(chǎn)25kN/m3,混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值fc=10MPa彎曲抗壓弓S度設(shè)計值fcm = 11MPa抗拉強(qiáng)度設(shè)計值ft=1.1MPa鋼筋采用25MnSi鋼，強(qiáng)度設(shè)計值fy= 340MPa 彈性模量 E=200GPa 3.結(jié)構(gòu)尺寸頂拱是變厚度的單心圓拱，拱的凈矢高 f0 = 3.7m,

2、凈跨l°=11.3m。開挖寬 度11.5n,開挖高度7.7m0初步擬定拱頂厚度d。400mm拱腳厚度dn 516mm 邊墻的厚度為dc 716mm墻底厚度增加dd 200mm目錄（一）結(jié)構(gòu)幾何尺寸計算 1（二）計算拱圈的單位變位 2（四）計算拱圈的彈性抗力位移 5（五）計算墻頂（拱腳）位移 5（六）計算墻頂豎向力、水平力和力矩 6（七）計算多余未知力 7（八）計算拱圈截面內(nèi)力 8（九）計算邊墻截面內(nèi)力 10（十）驗算拱圈和側(cè)墻的截面強(qiáng)度 13（十一）計算配筋量 14參考文獻(xiàn) 16精品文檔1歡迎下載（一）結(jié)構(gòu)幾何尺寸計算(1)拱圈內(nèi)圓幾何尺寸內(nèi)圓跨徑10 11.3m,內(nèi)圓矢高f0 3.

3、7m1? 4f2內(nèi)圓半徑計算：(r0 f0)2 (i°)2 R02,從而有 R0 2-0- 6.164m002008 f02(2)拱圈軸線圓的幾何尺寸拱腳截面和拱頂截面厚度之差dn do 0.516 0.400 0.116m軸線圓與內(nèi)圓的圓心距： 2222R(R0 0.5 )6.1642 (6.164 0.5 0.116)2mo0.098m02( fo 0.5 )2(3.7 0.5 0.116)軸線圓半徑 R R0 皿 d0 6.164 0.098 046.462 m22拱圈截面與豎直面的夾角sin0.9107lo /211.3/2R dn/2 6.642 0.516/2n 65o3

4、68 1.14498cos n O.4131dh dn sin n O.4699ndv dncos n O.2132n計算跨度：1 10 dh 11.3 O.4699 11.7699ndo dv cr 0.40.2132計算大同：f fo0- 3.7 3.7934 m2222(3)拱圈外圓幾何尺寸外圓跨度：11 10 2dh 11.3 2 O.4699 12.2398n外圓矢高：f1f0 d0 dv 3.7 O.4 O.2132 3.9934m112 4f12 12.23982 4 3.99342外圓半徑:-6.6861m8f18 3.9934精品文檔外圓和軸線圓的圓心距：m1 R（4）側(cè)墻的

5、幾何尺寸拱腳中心到側(cè)墻中心線的垂直距離：R0 5 6.6861 6.164 04 0.0246 m22(dc dh)0.716 0.4699eh 0.123m側(cè)墻的計算長度（從拱腳中心算起）h H G 7.7 3.9934 3.706前直墻拱形結(jié)構(gòu)尺寸圖如圖 1所示。R0=6.164mR=6.462mR1=6.686mf=3.79mf0=3.7mf1=3.99h=3.707mL1/2=6.12mL/2=5.88m一 -eh=0.123m66jm1=0.0246mm0=0.098mL0/2=5.65mL0/2=5.65m圖1直墻拱結(jié)構(gòu)尺寸圖（二）計算拱圈的單位變位1.14498sin n 0.9

6、107cos n 0.41311 cos nsin n1 0.4131 , 0.6444 0.9107k1n sin n1.14498 0.91070.2343Kisin一 (1ncos1 . 2 -sin 2n)0.9107(1 0.41310.91072) 0.1891k22sin1 -sin 2n cos1.1449810.91070.910720.41310.0842sinn(3cos n2cos n-cos 3n)0.9107(320.4131 0.41312-0.41313) 0.07403222歡迎下載精品文檔拱頂截面的慣性距:I01-0 5.333 10 312拱腳截面的慣性距

7、:In1 0.51652-1.1449 1021211n10 3d 5.333121.1449 1020.5342拱圈結(jié)構(gòu)單位變位的計算公式:11122REI021nK0)22R2EIo(ki2.6Ki)2 6.46253 (1.14498 0.5342 0.6444) 7.4613 10 510 5.333 1022 6.462273 (0.2343 0.5342 0.1891) 8.0244 102.6 107 5.333 10 3222R3/(k2K2)EI 032.6 107 5.333 10 3(0.08420.5342 0.0740) 1.7373 10413歡迎下載(三)計算拱圈

8、的荷載變位1.計算荷載(1)圍巖壓力出級圍巖，s 3 ；隧道寬度B 12.3398m；當(dāng)B 5m時，i 0.1。_s1_31_ _ _坍落拱高h(yuǎn) 0.452(1 i(B5) 0.452(1 0.1(12.3398 5) 3.0186n荷載等效高度值Hp 2h 6.0372m p隧道埋深H 85m H p,屬于深埋隧道。圍巖豎直均布壓力計算：H/B 7.7/12.3398 0.62 1.7,滿足計算條件。q1h 25 3.0186 75.46%N/m2圍巖水平均布壓力：圍巖級別為出級，圍巖均布水平壓力e 0.15q，計算求得：e 0.1q1 0.1 75.465 7.546/N/m2（2）超挖回

9、填引起的荷載 3按拱部平均超挖0.1m考慮，回填材料為干砌片石（ 20kN/m）,則超挖回填荷載為：q20.1 20 2kN / m2(3)襯砌拱圈自重引起的荷載d0 dn0.4 0.5162q30- 25 11.45 kN / m222綜合以后各項，作用在結(jié)構(gòu)上的荷載有垂直均布荷載和水平均布荷載:q q1 q2 q3 75.465 2 11.4588.915<N/m22e 7.5465 kN / m22.計算載變位(1)豎向均布荷載q作用下的位移a11 /-(n sin4n cosn)0.19226sin(23cos3 cosn)0.1521a21 sin n cos 21-sin 3

10、n)0.0663A22sin,2-(cos n n 31 3 -cos 31sin4 n) 0.0557 4拱圈結(jié)構(gòu)荷載變位的計算公式:2qR31qA)88.915 6.46232.6 107 5.3333 103(0.1922 0.5342 0.1521)3.8380 10 22q2qR41T( 22 88.915 6.46242.61075.3333103 (0.0663 0.5342 0.0577)7.9328 10 2a3水平均布荷載1(3 n 4sin4e 乍用下的位移sin n cosn)0.04212sin(1 cos32n cos-cos 3n)0.0370a41 5 (一2

11、24sin n3 sin2cos1n -sin3n)0.0179A4(7 4cos8sin n6sin4cos34cos n) 0.0163拱圈結(jié)構(gòu)荷載變位的計算公式:2eR1eEI。3一A3)37.5465 6.46232.6 107 5.3333 103 (0.0421 0.5342 0.0370)6.5552 1042e2eREI0：4一(a4A4)2 7.5465 6.4624:-(0.0179 0.5342 0.0163)2.6 107 5.3333 10 31.7419 10 3將以上兩種荷載引起的位移相疊加，則得:1q 伯 3.9035 1022P2q 2e 8.1070 102

12、(四)計算拱圈的彈性抗力位移A9aio(1Ao(3. 2sin3(1 2cos' n) 2sin n cosn) 0.002111工,2 (3sin n(1 2cos n )61(323(1 2cos2 n) 232-3)sin n cos nsin23,28n)_J22cos(1, 2 . 2sin2.2)sin.2 .sin22 cos ncos23cos3-2 -02sin n2)0.00220.00123sin n(1 2cos=(21,28cos n2d.2)sin2sin n cos 223sin n21 (22)cos3 n31sin4 n) 20.0012拱圈結(jié)構(gòu)彈性抗

13、力位移的計算公式:箸(a9A9) nEI02 6.4623；(0.00212.6 104 5.33330.5342 0.0022)3.5503n 106(五)2R4EI。(ai0AI0) n2 6 4624口4(0.0012 0.5342 0.0012)1.4393 n 10 52.6 104 5.3333計算墻頂（拱腳）位移彈性特征系數(shù):0.4580換算長度：h0.4580 3.7066 1.69772.75則側(cè)墻屬于短梁。6K6 1.4 1050.45803 0.9163_51.4 10581.2479ch xcosx 0.3573ch xsinx sh xcos x2.4655sh xs

14、in x2.6180ch xsin xsh xcos x 3.13372(ch2x cos x) 3.9904101(sh 2xch x sin xcos x) 3.7868111 (sh2xch x sin xcos x) 3.6612121(ch2 2.2 sinx)3.4904131(sh2 2sin2x)3.9745141(ch2 22 cosx)3.9744151-(sh x sin x)(chx cos x) 5.3537墻頂單位變位及墻頂載變位為:4 3 ii12 A10A4 0.458031.4 1053.6612 3.4904 81.247962.5302 103.9904

15、3.7868 81.2479nene1032eoK1311A 2 0.45802io A51.4 103.9745 3.6612 81.247962.8986 103.9904 3.7868 81.247913A io A910 A2A910A2 0.4580 3.7868 3.9745 81.247951.4 103.9904 3.7868 81.247932 0.45800.1751.4 1050.45802 0.11.4 1050.45801.4 1056.8589 10 60.3573 81.24793.9904 3.7868 81.24792.4655 81.24793.9904 3

16、.7868 81.247981.2785 109.63118103.1337 2.6180 81.24797.54653.9904 3.7868 81.247951.7098 101415 Ae910 A151.4 103.9745 5.3537 81.2479 .7.54653.9904 3.7868 81.24797.5919 10 5（六）計算墻頂豎向力、水平力和力矩7.5465) 523.261 .1231658.36長Ngm,2sin n ”cos n)1.0281n)1.0330 n2n cos n) 0.6301 n左半拱上的荷載引起墻頂處的豎向力、水平力和力矩，是由于拱上的豎向

17、荷載和水平荷載引起的。M0(1 88.915 11.7690 3.793nP 82Q0P7.5465 3.7934 28.627kNVnp 88.915 11.7699523.261 kNnP2由于彈性抗力所引起的：M 0n2(cos2nsin2nn3(1 2cos2n)nn0R n 2 2 223Qn2 ( COS n COS1 2cos n 33/0R n z .21 .2 .Vn 2(-Sin n - Sin1 2cos2 n 333邊墻自重為：VC 3.7006 0.916 25 6-（七）計算多余未知力117.9673 105a12122( 2 f 1)1.0524104222u24

18、f 2 2f21 3.0425 10 4a1 p1P4.764211022(Mnp M°1.4757)1 2(Q0p Q ) 2 2(Vp V 乂)3 210 5nea2p 2p2(M0pM0)U1 2(Q0p Q° )U2 2(Vp Vn0 Vc)U32une2f(Mnp11.2377 10Mn ) 1 2f (Q0p7.6915n 105Qn0) 2 2f(Vnp Vn0 Vc) 3 2fne將以上算出的各a直代入下列計算公式:a% a1P 0a21x1a22x2a2p代入得 7.9673 105為 1.0524 104x2 4.7642 102 1.4757 105

19、n 01.0524 104x1 3.0425 104x2 1.2377 10 1 7.6915 105 n 0求解得 X1 111.6785 0.2738 nX2 368.1631 0.3475 n求彈性抗力 n:(2.8986 10 6 3.7934 2.5302 106) (1658.365(523.261 0.6301 n 66.348) ( 1.2785 10 8)0=X1 1 X2( 2 f 1)(M0P M0) 1 (Q0P Qn0) 2 (VnP U Vc) 3 ne(111.6785 0.2738 n) 2.5302 10 6 (368.1631 0.3475 n)1.0281

20、 n) 2.5302 106 (28.627 1.0330 n) 2.8986 1061.7098 10 5 5.9487 10 4 1.9375 n 10 6000 0. 000U0=XM X2OJ2 卬(MnP Mn)U1 (QnP Qn )U2 (VnP、n (111.6785 0.2738 n) 2.8986 10 6 (368.1631 0.3475 n) 661.0281 n) 2.8986 10(28.627 1.0330 n) 6.8589 107.5919 10 5 1.7611 103 4.7148 n 106Vc)U3 Une(6.8589 106 3.7934 2.89

21、86106) (1658.365(523.261 0.6301 n 66.348) 9.6311 10 8將以上算出的U0代入公式 n Ku°sin n得：n (1.4105 0.91071.761110 3) / (11.410 5 ( 4.714810 6) 0.9107)140.2358X2U0代入解得：X1 111.6785 0.2738 140.2358 73.2842368.1631 0.3475140.2358 416.89555.9487 104 1.9375 140.2358 106 3.2317 1041.7611 103 4.7148 140.2358 106

22、1.0999 10 3（八）計算拱圈截面內(nèi)力將左半拱分為六等段（如圖 2所示），計算各截面的彎矩及軸力22M ix1x2 yq0-M ii1222 iNi x2cos q0xsineycos Vi sin Hi cos坐標(biāo)尺寸的計算見表1,彎矩Mi的計算見表2,軸力Ni的計算見表3。圖2計算簡圖表1拱軸線坐標(biāo)截回sincosxy000'00'00010.00000.0000110'55'53'0.18960.98191.22510.1170221'51'47'0.37240.92812.40630.4646332'47&#

23、39;42'0.54160.84063.49961.0300443'43'380.69120.72264.46621.7924554'39'35'0.81570.57845.27072.7242665'35'33'0.91060.41325.88393.7916表2拱的彎矩Mi截回Xx?y2 q°x22ey2MiMi073.28420.00000.00000.0000-73.2842173.284248.7576-66.7260-0.0516-55.2642273.2842193.6836-257.4174-0.

24、8144-8.7360373.2842429.3904-544.4724-4.0028-45.8006473.2842747.2578-886.8007-12.1228-0.5721-78.9535573.28421135.7026-1235.0356-28.0021-28.1509-82.2018673.28421580.7170-1539.1249-54.2462-133.2828-72.6526精品文檔表3拱的軸力Ni截回x2 coscxsineycosVi sinHi cosNi0416.89550.00000.0000-416.89551409.349720.6533-0.8666-

25、429.13642386.920779.6767-3.2539-463.34353350.4424168.5269-6.5337-512.43554301.2487274.4854-9.7743-565.95985241.1324382.2722-11.890839.2638-34.8540615.92366172.2612476.3949-11.823180.4720-59.8335657.4715（九）計算邊墻截面內(nèi)力因?qū)ΨQ，故僅計算左邊墻。邊墻屬于短梁，按短梁相應(yīng)公式計算。墻頂?shù)牧豈o及水平力Qo：3.793427.5465)140.2358 0.123M0 x1 fx2 M0P M0

26、 ql 0.123 Vn 0.123 21273.2842 3.7934 416.8955 (- 88.915 11.76992 811.7699 0.10281 140.2358 88.915-0.123 0.63012147.7951kNgmQ0=x2 QnP Q0416.8955 28.627 1.0330 140.2358243.4091kN墻頂?shù)呢Q向力:V0 Vn： Vn0523.261 0.6301 140.2358 611.61912kN墻頂?shù)慕亲兒退轿灰茷?003.231710 4y0 u0 1.1000103將邊墻分為五等段,3.7066每段自重為:Nd0.716 25 1

27、3.2696kN將坐標(biāo)原點取在墻頂（如圖2所示），求各截面的彎矩 Mi,軸力Ni,彈性抗力Ky 1.4 105 1.1000 10 3 11.4 105 3.2317 10147.795 2 0.45802 3 243.4091 0.4580 4 7.5465(112 0.45801)161.533 1 49.390 2 62.010 3 111.486 4 7.547Mi 147.795 1 243.4091_ _ _ 4_ 53.2317 101.4 10342 0.4580312 0.4580 27.5465232 0.45802351.1000 101.4 1022 0.4580214

28、7.795 1265.719 2 385.003 3 117.718 4計算結(jié)果見表4,彎矩圖和軸力圖見圖3。表4直墻M i、Ni、 i計算截 面xx1234MiNii70.00001000-147.795523.261153.98780.7410.30.99780.67880.11530.0261-8.412536.531115.86691.4830.70.96461.34850.46010.208663.198549.80076.384102.2241.00.82101.96421.02520.701088.411563.07042.643112.9651.40.43752.40961.7

29、7501.643185.654576.33917.232123.7071.7-0.35722.46552.61793.133568.903589.6090.0025歡迎下416.9429.1463.3M(kN m)N(kN)圖3 內(nèi)力圖(十)驗算拱圈和側(cè)墻的截面強(qiáng)度(1)取拱圈拱頂截面進(jìn)行驗算偏心距 eo M/N 73.3/416.9 0.176 0.20h 0.2 0.4 0.08,由抗拉強(qiáng)度承載能力進(jìn)行控制?；炷吝_(dá)到抗拉極限強(qiáng)度，安全系數(shù)K取3.6。構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)1, b 1000mm, h 400mm, R I.IMPaKN 3.6 416.9截面強(qiáng)度不滿足要求,1500.841.7

30、5R1bh需配置受力筋。6e01.01.75 1100 1 0.46 0.176/0.4 1469.5(2)取拱圈拱腳截面進(jìn)行驗算偏心距 e0 M / N 72.7/657.5 0.1110.20h 0.2 0.516 0.1032,由抗拉強(qiáng)度承載能力進(jìn)行控制。混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度，安全系數(shù)K取3.6。構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)1, b 1000mm, h 516mm, R 1.1MPaKN 3.6 657.5 2367截面強(qiáng)度滿足要求。1.75R1bh1.75 1100 1 0.516-1.0 34176e06 0.111/ 0.516 1 1h(3)取側(cè)墻墻頂截面進(jìn)行驗算偏心距 e0 M / N

31、147.8/523.30.282 0.20h 0.2 0.716 0.1432 由抗拉強(qiáng)度承載能力進(jìn)行控制。混凝土達(dá)到抗拉極限強(qiáng)度，安全系數(shù)K取3.6。構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)1, b 1000mm, h 716mm, R 1.1MPa1.75Rbh « 1.75 1100 1 0.716KN 3.6 523.3 1884 1.0 10116e0 16 0.282/0.716 1h截面強(qiáng)度不滿足要求，需配置受力筋。(4)取側(cè)墻墻底截面進(jìn)行驗算偏心距 e° M / N 68.9/ 589.6 0.117 0.20h 0.2 0.716 0.1432 由抗壓強(qiáng)度承載能力進(jìn)行控制。混凝土

32、達(dá)到抗壓極限強(qiáng)度，安全系數(shù) K取2.4。構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)1, b 100cmm, h 716mm, Ra 11MPa, a 1.0KN 2.4 589.6 1415aRabh 1.0 1.0 11000 1 0.716 7876截面強(qiáng)度滿足要求。（十一）計算配筋量（1）拱圈拱頂截面配筋計算截面尺寸：b = 1000 mm 彎矩設(shè)計值：M= 73.30 kN m as = 35 mm as' = 35 mmh = 400 mm剪力設(shè)計值：V = 0.00 kN最外層縱筋外緣至受拉區(qū)底邊距離： 混凝土強(qiáng)度值f c = 11.00 N/mm 2 主筋：f y = 340 N/mm 2 Es

33、= 2.02箍筋：HPB300 fyv = 270 N/mm 受彎計算方法：單筋算法1.受彎計算c = 25 mm2ft = 1.10 N/mmM05 N/mm肢數(shù)=41.1相對界限受壓區(qū)高度cu取 cu=0.0033 -(=0.0033f cu,k - 50) M0-5 = 0.0033 - (20 - 50)M0-5 = 0.0036 > 0.00331.2b1fyBe”受壓區(qū)高度x0.80340=0.532.0 M05X0.0033as = 400 - 35 = 365 mmM= a1fcb(% -x2)x = he -22Mh0 - a1fcb= 365 -3652 -2>

34、73.30 X|0 =18.7 mm 1.00 M1.00 M000& bh。= 0.53 >365 = 192.7 mm1.3受拉鋼筋截面積Afcbx =fyAaf cbxA = fI y1.00 M1.00M000M8.73402=606 mm1.4驗算配筋率Asbh606而而 M00%= 0.15%驗算最小配筋率rmin = 0.200% ft1.10rmin = 0.45 f- = 0.45 X340 = 0.15%min = 0.200%按最小配筋率要求minbh = 0.200%2M000><400 = 800 mm按構(gòu)造要求實配受拉鋼筋2A's

35、= 314 mm實配受壓鋼筋2.受剪計算2.1 復(fù)合截面條件（梁頂）第一排:（梁底）第一排:16102A = 804 mm2A s = 314 mmM.00 M1.00 M000 >365 = 1003.8 kNV= 0.0 kN<0.25 ,f cbh。= 0.25截面尺寸滿足要求2.2驗算構(gòu)造配筋條件0.7ftbhc = 0.7 M.10 M000X365 = 281.1 kN > V = 0.0 kN按構(gòu)造配置箍筋2.3求箍筋截面面積及間距按構(gòu)造配置箍筋:最終配置四肢箍筋:6300-= 0.3770 mm 2/mm 300(2)拱圈拱腳截面配筋計算截面形式：矩形截面尺寸

36、：b = 1000 mm h = 516 mm截面強(qiáng)度滿足要求，按構(gòu)造配筋：按最小配筋率要求A = mil按構(gòu)造要求 A's = 314 mm 2 實配受拉鋼筋(梁底)第一排： 實配受壓鋼筋(梁頂)第一排：inbh = 0.200%2X1000X516 = 1032 mm按構(gòu)造配置箍筋：四肢箍筋(3)側(cè)墻頂截面配筋計算截面尺寸：b = 1000 mm14106350h = 716mm彎矩設(shè)計值：M= -148.00 kN mas = 35 mm as' = 35 mm最外層縱筋外緣至受拉區(qū)底邊距離:1.受彎計算1.1相對界限受壓區(qū)高度cu取 cu=0.0033 -(=0.0033f cu,k - 50)b1fyBe”1.2受壓區(qū)高度1.31.42As = 1078 mm2A's = 314 mmAsv剪力設(shè)計值:c = 25 mm4X28.3350 = 0.3231V = 243.00 kNXI0-5 = 0.0033 - (20 - 50)0.