管片配筋计算书Word下载.docx

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《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）

其它相关规范、规程

二、主要技术标准

1主体结构设计使用年限为100年，自成结构体系且不直接影响运营的内部构件设计使用年限为50年。

在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。

2结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1。

3结构抗震设防烈度为7度，设防分类为乙类，抗震等级为四级。

4主体结构按6级人防抗力等级的人防荷载进行结构强度验算。

5结构裂缝控制等级为三级，钢筋混凝土管片最大裂缝宽度不大于0.2mm。

6结构防水等级为二级。

7结构耐火等级为一级。

8结构环境类别与作用等级为I-B。

9结构按最不利情况进行抗浮稳定验算。

在不计侧壁阻力时，抗浮安全系数不得小于1.05；

当计入侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。

三、工程概况

本区间设计范围：

何山路站～苏州乐园站区间，右线设计起讫里程：

右DK9+465.935～右DK10+616.596，右线隧道全长1152.789m,长链2.128m；

左线起讫里程：

左DK9+465.935～左DK10+662.596，左线隧道全长1183.819m，短链12.842m；

区间左右线总长2336.608m；

包含盾构区间隧道主体部分、联络通道1处、端头井加固、区间疏散平台。

区间隧道从何山路站南端出发，穿越何山公园处碎石土、中~强风化凝灰岩段，左右线均以2000m半径向西南方向直行,侧穿苏地-2014-G-34号地块荷兰庭小区别墅及配电房，继而左右线均以450m半径向东南方向前行，下穿邓尉路、金山浜和中化药业有限公司后，线路左右线均以450m半径向东南方向前进，下穿有轨电车1号线苏州乐园站地下通道之后到达苏州乐园站。

区间左右线均采用两段曲线，最小曲线半径为450m，线路线间距为14m~17m。

区间隧道两端的何山路站为地下两层、苏州乐园站为地下三层站，区间隧道纵坡呈单向坡，最大坡度26.539‰，最小坡度3.5‰，竖曲线半径为3000m及5000m。

隧道埋深6～16.7m。

本区间沿线建（构）筑物较多，主要侧穿了苏州市委党校团干培训楼、高新区培训中心、高达热电有限公司，下穿了邓尉路、金山浜、中化药业有限公司和有轨电车1号线苏州乐园站地下通道。

沿线道路地下管线密集，计有给水、雨水、污水、天然气、电力电缆、路灯、信息等多种管线。

根据沿线工程地质与水文地质条件、地层特性、地面环境等因素，区间隧道采用复合式土压平衡盾构施工，联络通道采用矿山法施工（地层采用冻结法加固）。

盾构管片参数如下表所示。

表1盾构管片结构参数

管片

内径

外径

厚度

管片分块

螺栓

类型

环向螺栓

纵向螺栓

混凝土等级

抗渗等级

拼装方式

5500mm

6200mm

350mm

6块

弯螺栓

12套

16套

C50

P10

错缝拼装

根据总体组下发的管片结构及配筋参考图，采用浅埋、中埋、深埋和超深埋四种配筋型式。

四、工程地质条件

详见本区间施工图《第一分册隧道平纵断面变更图》。

五、计算方法

本次采用η-ζ法（修正惯用法）进行设计计算。

首先将单环以匀质圆环计算，但考虑环向接头存在，圆环整体的弯曲刚度降低，取圆环抗弯刚度为ηEI（η为<

1的弯曲刚度有效率，本次计算η取0.8计算），算出圆环水平直径处变位y后，计入两侧抗力PP=k·

y（如图1）。

图1计算简图

然后考虑错缝拼装后整体补强效果，进行弯矩的重分配（见图2）。

图2错缝拼装弯矩传递及分配示意图

接头处内力：

管片内力：

式中，ξ为弯矩提高率，根据国内外经验，在初步确定盾构隧道管片参数时，ξ取0.2。

六、荷载及荷载组合

1.永久荷载

永久荷载包括水土压力、结构自重、地面建筑物超载。

竖向水土压力按全覆土考虑，水平向水土压力采用水土分算。

水土压力主要计算计算参数取值：

土层重度、地基抗力系数、静止侧压力系数均按土层厚度取加权平均值；

地下水位取最不利水位（最低潜水位绝对标高0.13）。

（1）顶部水土压力：

——水位以上取天然重度，水位以下取有效重度；

——隧道顶部的水头高度

（2）拱背处平均水土压力：

取值同上，R——管片外半径，取值为3.1m；

（3）顶部侧向水土压力：

——土体静止侧压力系数

——水的重度

（4）底部侧向水土压力：

——隧道顶至隧道底各土层的有效重度和土层厚度

2.可变荷载

地面可变荷载标准值按20KN/m2计算，下穿建筑物段按建筑物实际超载进行取值。

3.偶然荷载

人防荷载：

根据人防单位文件，对覆土厚度大于2.5m，采用HRB335以上受力钢筋的地下结构，人防可通过验算，本区间覆土均大于2.5m，因此本次不做人防工况验算。

地震荷载：

根据《苏州市轨道交通3号线工程金鸡湖西站～东方之门站区间岩土工程详细勘察报告》，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，特征周期值0.45s。

4.荷载组合

结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，分别进行承载力极限状态计算和裂缝宽度验算。

（1）承载力极限状态计算采用基本组合：

1.35×

永久荷载标准值+1.4×

可变荷载标准值。

（2）裂缝宽度验算采用准永久组合并考虑长期作用影响：

1.0×

永久荷载标准值+1.0×

七、管片主筋配筋计算分析

1.内力计算

左右线分别拟选4个断面进行配筋验算，里程分别为右DK09+515、右09+704、右DK10+054、右DK10+616.596、左DK09+465.935、左DK09+524、左DK09+961、左DK10+662.596。

各断面主要计算参数汇总见表2。

表2主要计算参数

计算断面

右DK09+515

右DK9+704

右DK10+054

右DK10+616.596

上覆土厚度（m）

10.6

11.5

12.1

16.4

静止侧压力系数（加权平均）

0.3

0.6

0.5

水平基床系数（MPa/m）（加权平均）

200.0

27.6

18.8

17.6

地下水位（m）（距离地表）

3.0

4.6

1.9

重度（加权平均）

25.1

21.9

19.4

19.3

左DK9+465.935

左DK9+524

左DK9+961

左DK10+662.596

0.4

24.0

107.4

20.0

1.4

2.5

2.1

14.5

20.7

19.2

计算得各断面荷载标准值汇总见表3。

表3荷载标准值（单位：

kN/m）

右DK9+515

Py0

40.0

Py1

236.0

205.7

216.0

297.8

Py2

16.7

14.6

12.9

Px1

135.4

158.7

190.9

248.1

Px2

228.3

262.9

286.6

341.1

138.9

212.6

213.7

296.0

9.6

13.8

12.8

125.2

146.2

193.2

245.2

201.0

234.2

289.4

338.0

采用η-ζ法（修正惯用法）计算得管片内力如图3所示，各断面基本组合和准永久组合下每环（1.2m）盾构管片内力汇总详见表4。

表4每环管片内力设计值统计表（1.2m）

（弯矩单位：

kN·

m；

轴力单位：

kN）

承载力极限状态计算

（基本组合，已乘重要性系数1.1）

裂缝宽度验算（准永久组合）

M1

N1

M2

N2

M3

N3

M1'

N1'

M2'

N2'

M3'

N3'

142.2

1157.5

-15.6

1492.9

86.7

1354.2

95.7

779.5

-10.5

1005.4

58.4

912.0

146.4

1059.7

-91.8

1323.9

82.4

1278.6

98.6

713.6

-61.8

891.5

55.5

861.0

161.7

1201.0

-114.4

1473.6

104.1

1403.2

108.9

808.7

-77.0

992.3

70.1

944.9

243.4

1525.0

-187.5

1899.7

188.0

1721.8

163.9

1027.0

-126.3

1279.2

126.6

1159.5

74.5

797.6

-44.0

950.0

32.1

961.0

50.2

537.1

-29.6

639.7

21.6

647.1

126.8

1083.0

-41.5

1355.8

75.0

1270.3

85.4

729.3

-27.9

913.0

50.5

855.4

144.4

1209.3

-98.4

1460.8

86.4

1412.5

97.2

814.3

-66.3

983.7

58.2

951.2

247.0

1511.0

-190.7

1890.2

191.7

1707.5

166.3

1017.5

-128.4

1272.8

129.1

1149.8

图3管片内力示意图

2.配筋计算

根据内力计算结果，分别进行承载力极限状态计算和裂缝宽度验算。

配筋计算控制条件：

（1）管片混凝土强度等级C50；

（2）管片主筋外侧混凝土保护层厚度51mm；

内侧混凝土保护层厚度40mm；

（3）管片最小配筋率0.2%；

（4）最大计算裂缝宽度允许值0.2mm；

（5）裂缝宽度验算主筋混凝土保护层厚度取30mm。

以右DK09+515断面为例，配筋过程如下：

（1）管片内侧

a、承载力极限状态配筋计算：

1.1基本资料　

1.1.1工程名称：

工程一　

1.1.2轴向压力设计值N＝1492.9kN，M1x＝0kN·

m，M2x＝15.6kN·

m，M1y＝0kN·

m，　

M2y＝0kN·

构件的计算长度Lcx＝4000mm，Lcy＝4000mm；

构件的计算长度L0x＝4000mm，L0y＝4000mm；

结构构件的重要性系数γ0＝1.1　

1.1.3矩形截面，截面宽度b＝1200mm，截面高度h＝350mm　

1.1.4采用对称配筋，即：

As'

＝As　

1.1.5混凝土强度等级为C50，fc＝23.109N/mm2；

钢筋抗拉强度设计值fy＝360N/mm2，　

钢筋抗压强度设计值fy'

＝360N/mm2，钢筋弹性模量Es＝200000N/mm2；

相对界限受压区高度ζb＝0.5176　

1.1.6纵筋的混凝土保护层厚度c＝40mm；

全部纵筋最小配筋率ρmin＝0.55%　

1.2轴心受压构件验算　

1.2.1钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数φ　

L0/i＝Max{L0x/ix,L0y/iy}＝Max{4000/101,4000/346}＝Max{39.6,11.5}　

＝39.6，取φ＝0.9603　

1.2.2矩形截面面积A＝b·

h＝1200*350＝420000mm2　

轴压比Uc＝N/（fc·

A）＝1492900/（23.109*420000）＝0.15　

1.2.3全部纵向钢筋的最小截面面积As,min＝A·

ρmin＝420000*0.55%＝2310mm2　

1.2.4一侧纵向钢筋的最小截面面积As1,min＝A·

0.20%＝420000*0.20%＝840mm2　

1.2.5全部纵向钢筋的截面面积As'

按下式求得：

N≤0.9φ（fc·

A+fy'

·

）（混凝土规范式6.2.15）　

As'

＝[γ0·

N/0.9φ-fc·

A]/（fy'

-fc）　

＝[1.1*1492900/（0.9*0.9603）-23.109*420000]/（360-23.109）　

＝-23171mm2＜As,min＝2310mm2，取As'

＝As,min　

1.3考虑二阶效应后的弯矩设计值　

1.3.1弯矩设计值Mx　

1.3.1.1lcx/ix＝4000/101＝39.6　

34-12（M1x/M2x）＝34-12*（0/15.6）＝34　

lcx/ix＞34-12（M1x/M2x），应考虑轴向压力产生的附加弯矩影响　

1.3.1.2ζc＝0.5fc·

A/N＝3.2507＞1.0，取ζc＝1.0　

附加偏心距ea＝Max{20,h/30}＝Max{20,12}＝20mm　

ηnsx＝1+（lcx/h）2ζc/[1300（M2x/N+ea）/h0]　

＝1+（4000/350）2*1/[1300*（15600000/1492900+20）/289]＝1.9536　

Cmx＝0.7+0.3M1x/M2x＝0.7+0.3*0/15.6＝0.7000　

Mx＝Cmx·

ηnsx·

M2x＝0.7*1.9536*15.6＝21.33kN·

m　

1.4在Mx作用下正截面偏心受压承载力计算　

1.4.1初始偏心距ei　

附加偏心距ea＝Max{20,h/30}＝Max{20,11.7}＝20mm　

轴向压力对截面重心的偏心距e0＝M/N＝21333133/1492900＝14.3mm　

初始偏心距ei＝e0+ea＝14.3+20＝34.3mm　

1.4.2轴力作用点至受拉纵筋合力点的距离e＝ei+h/2-a＝34.3+350/2-61＝148.3mm　

1.4.3混凝土受压区高度x由下列公式求得：

N≤α1·

fc·

b·

x+fy'

-σs·

As　

（混凝土规范式6.2.17-1）　

当采用对称配筋时，可令fy'

＝σs·

As，代入上式可得：

x＝γ0·

N/（α1·

b）＝1.1*1492900/（1*23.109*1200）　

＝59.2mm≤ξb·

h0＝149.6mm，属于大偏心受压构件　

1.4.4当x＜2a'

时，受拉区纵筋面积As可按混凝土规范公式6.2.14求得：

N·

es'

≤fy·

As（h0-as'

）　

es'

＝ei-h/2+as'

＝34.3-350/2+61＝-80mm≤0　

Asx'

＝0mm2＜As1,min＝840mm2，取Asx'

＝840mm2　

根据隧道埋深选择配筋形式为中埋配筋，即内侧配筋为4Φ20+4Φ18，钢筋面积为As＝2274.8mm2，满足要求。

b、裂缝验算

根据配筋形式选择中埋配筋，即内侧配筋为4Φ20+4Φ18，钢筋面积为As＝2274.8mm2，裂缝宽度验算如下：

工程一　

1.1.2矩形截面偏心受压构件，构件受力特征系数αcr＝1.9，截面尺寸b×

h＝1200×

350mm，　

受压构件计算长度l0＝4000mm　

1.1.3纵筋根数、直径：

第1种：

4Φ20，第2种：

4Φ18，　

受拉区纵向钢筋的等效直径deq＝∑（ni·

di2）/∑（ni·

υ·

di）＝19.1mm，　

带肋钢筋的相对粘结特性系数υ＝1　

1.1.4受拉纵筋面积As＝2275mm2，钢筋弹性模量Es＝200000N/mm2　

1.1.5最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离cs＝30mm，　

纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离as＝40mm，h0＝310mm　

1.1.6混凝土轴心抗拉强度标准值ftk＝2.643N/mm2　

1.1.7按荷载准永久组合计算的轴向力值Nq＝1157.5kN，　

按荷载准永久组合计算的弯矩值Mq＝142.2kN·

轴向力对截面重心的初始偏心距e0＝Mq/Nq＝1000*142.2/1157.5＝123mm　

1.1.8对e0/h0＝0.3963≤0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。

管片外侧

1.1.1工程名称：

1.1.6纵筋的混凝土保护层厚度c＝51mm；

1.2轴心受压构件验算