地铁盾构管片计算

2017-04-15

目录

1 设计信息

1.1 软件说明 1.2 隧道信息 1.3 荷载信息 1.4 控制参数

2 分析结果

2.1 荷载计算结果 2.2 抗浮验算

2.3 内力位移计算结果 2.4 管片验算

1设计信息

1.1软件说明

计算采用的软件是 sap系列

1.2隧道信息

1.2.1断面信息

说明：角度按逆时针旋转，0°表示水平直径右端点处。以下除特别说明外均相同，不再赘 述。

7

创.原」氐

断面示意團

管片总数：6片 衬砌外直径D1: 6.200m 衬砌内直径D2: 5.500m

第一管片块的右侧与 Y轴的夹角0 s： 7.500 螺栓总数：10

相邻螺栓(组)间夹角：36.000 ° 顶部螺栓偏角3 : 18.000 °

断面圆心坐标：(0.000,0.000,0.000)

隧道断面基本几何参数：

具体几何参数:

管片环接头几何参数

编号 1 角度 (° ) X坐标 (m) 0.90 丫坐标 (m) 2.78 编号 角度 (° ) 6 252.00 X坐标 (m) -0.90 丫坐标 (m) -2.78

72.00 2 3 4

108.00 144.00 180.00 216.00 -0.90 -2.37 -2.92 -2.37 2.78 1.72 0.00 -1.72 7 8 9 10 288.00 324.00 360.00 36.00 0.90 2.37 2.92 2.37 -2.78 -1.72 -0.00 1.72 5 管片几何参数

编号 1 2 3 4 5 6 起始角 (° ) 82.50 97.50 162.00 234.00 306.00 18.00 终止角 (° ) 97.50 162.00 234.00 306.00 18.00 82.50 夹角 (° ) 15.00 64.50 72.00 72.00 72.00 64.50 隧道位置：

地表至隧道顶部的距离

H(m): 16.93

地下水面至隧道顶部的距离 Hw(m): 10.00

1.2.2 土层参数

土层参数表 土层 土层名称 土类型 厚度 (m) 1 P 土层1 淤泥质粉质粘土 天然重度 (kN/mA3) 饱和重度 (kN/mA3) 20.00 内聚力 C(kPa) 5.00 内摩擦角 © ( ° ) 10.00 Y Y 标贯试验 锤击数N 4 ：35.300 20.00 1.2.3材料参数

管片材料:

管片混凝土标号：C50 管片实际宽度：1.000 m 管片容重:25.000 kN/mA3 管片接头：

转动K9 (-) MN.m/rad 100.0 拉压 Ks(-) MN/m 1000000.0 剪切 Kn(-) MN/m 转动K9 (+) MN.m/rad 拉压 Ks(+) MN/m 1000000.0 剪切 Kn(+) MN/m 1000000.0 :

1000000.0 「100.0 管片环接头

转动K9 (-) MN.m/rad 0.0 拉压 Ks(-) MN/m 100.0 剪切 Kn(-) MN/m 60.0 转动K9 (+) MN.m/rad 「0.0 拉压 Ks(+) MN/m 100.0 剪切 Kn(+) MN/m 80.0 注：正负号由接头的局部坐标系而定，在局部坐标系下，拉正压负。

1.3荷载信息

设计工况数目：1

工况1自重+水土压力+地基抗力--弹簧,共3种荷载。

荷载图

永久荷载： 1.35 可变何载： 1.40

荷载组合系数：

偶然荷载： 1.00

1.3.1 水土压力

计算参数表：

参数名 地面超载（kN/m2） 水土计算方式 水压力分布方式

参数值 20.00 分算 规范分布 否 参数名 侧向土压力系数 土压力计算方法 侧向水压力分布方式 是否考虑底部土压力 参数值 0.50 常规 梯形 否 是否考虑拱肩土压力 1.3.2地层弹簧

地层弹簧数值种类：单一地层弹簧 地层弹簧的剪切刚度 弹性抗力系数法向

ks: 1.000 kN/mA2 kn: 20000.000 kN/mA2

地层弹黄

1.4设计参数

计算模型：梁弹簧模型 管片拼装模式：通缝拼装 网格大小：0.20

1.5管片验算参数

管片及连接缝验算参数: 参数名 截面高度h(mm) 混凝土标号 管片外侧配筋量As(mm2) 管片外侧钢筋保护层厚度as(mm) 钢筋直径D(mm)

参数值 350.0 C50 1000.0 30.0 16.0 0.60 参数名 截面宽度b(mm) 钢筋型号 管片内侧配筋量As'(mm2) 管片内侧钢筋保护层厚度 a's(mm) 螺栓断面面积Ab(mm2) 「螺栓的有效高度(mm) 参数名 盾构机千斤顶数量N 相邻两个千斤顶的距离Ls(mm) 参数值 1000.0 HRB335 1000.0 30.0 1200.0 40.0 参数值 10 100.00 安全度 参数名 顶轴推力F(kN) 中心推力与衬砌管片中心偏 心距e(mm) 应力提高系数n 千斤顶推力验算参数: 参数值 1000.00 10.00 1.65 2分析结果

2.1荷载计算结果

2.1.1 水土压力

水土压力计算结果

水土压力 参数名 顶部土压力P1 底部土压力P2 侧向顶部土压力Q1

参数值 (kN/m2) 260.60 323.84 132.09 160.13 参数名 「顶部水压力Pw1 底部水压力Pw2 侧向顶部水压力Qw1 :侧向底部水压力Qw2 参数值 (kN/m2) 99.72 158.76 99.72 158.76 侧向底部土压力Q2 2.2抗浮验算计算结果

浮力：295.869kN

抗浮力： 1776.530kN

满足

2.3内力位移计算结果

说明：(1)弯矩、接头张开角均以内侧张开为正，反之则为负;

(2) 内力值为管片实际宽度的内力值，而非单位延米。

轴力图(N) 剪力图(Q)

穹矩图(附

内力位移计算结果表

角度 弯矩 (° ) (kN.m/m) 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 -118.55 -139.75 -155.88 -164.57 -164.38 -156.58 -141.25 -119.10 -91.97 -61.04 -27.36 7.10 41.00 72.44 100.44 123.96 轴力 (kN/m) 1463.91 1467.45 1466.76 1460.72 1448.78 1431.78 1409.82 1383.44 剪力 (kN/m) 98.86 75.92 48.47 17.21 -15.80 -46.48 -73.85 -96.77 位移 (mm) 19.645 19.724 19.776 19.810 19.859 19.966 20.143 20.409 20.760 21.196 21.722 22.308 22.937 23.587 24.231 24.847 角度 (° ) 185.0 190.0 195.0 200.0 205.0 210.0 215.0 220.0 225.0 230.0 235.0 240.0 245.0 250.0 255.0 260.0 弯矩 (kN.m) -93.60 -67.47 -41.70 -17.53 交形图

轴力 (kN/m) 1459.26 1457.15 1458.17 1462.69 1471.15 1483.49 1499.13 1517.59 1538.27 1560.48 1583.04 1605.10 1625.76 1644.22 1659.16 1670.40 剪力 (kN/m) -94.96 -101.39 -103.83 -103.36 -61.79 -56.18 -51.20 -47.72 9.10 14.59 13.39 5.26 -6.07 -20.41 26.21 7.69 位移 (mm) 19.519 19.365 19.175 18.950 18.694 18.412 18.112 17.802 17.486 17.173 16.892 16.723 16.576 16.452 16.358 16.289 3.83 21.65 35.84 46.38 53.43 57.03 58.18 57.50 55.60 53.01 50.31 48.01 1353.93 -114.96 1322.20 -127.89 1289.16 -134.10 1256.23 -134.54 1224.43 -129.27 1195.41 -117.50 1169.80 -100.86 1148.44 -79.98 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0 105.0 110.0 115.0 120.0 125.0 130.0 135.0 140.0 145.0 150.0 155.0 160.0 165.0 170.0 175.0 180.0

140.88 1133.16 151.55 1123.53 155.64 1119.87 151.55 1123.53 140.87 1133.16 123.95 1148.45 100.44 1169.80 72.44 1195.41 41.00 1224.43 7.10 1256.23 -27.36 -61.04 -91.97 -119.10 -141.25 -156.58 -164.38 -164.57 -155.89 -139.75 -118.56 1289.16 1322.20 1353.94 1383.44 1409.82 1431.78 1448.78 1460.71 1466.76 1467.45 1463.91 -55.14 -28.31 0.00 28.31 55.14 79.98 100.86 117.50 129.26 134.54 134.10 127.89 114.96 96.77 73.85 46.48 15.80 -17.21 -48.47 -75.91 -98.86 25.407 25.716 25.763 25.715 25.406 24.845 24.228 23.583 22.932 22.303 21.715 21.188 20.752 20.400 20.134 19.956 19.849 19.800 19.766 19.714 19.635 265.0 270.0 275.0 280.0 285.0 290.0 295.0 300.0 305.0 310.0 315.0 320.0 325.0 330.0 335.0 340.0 345.0 350.0 355.0 360.0 46.44 45.84 46.44 48.01 50.31 53.01 55.60 57.50 58.18 57.03 53.43 46.38 35.84 21.65 3.83 -17.53 -41.70 -67.47 -93.59 -118.55 1677.49 1680.15 1677.49 1670.40 1659.16 1644.22 1625.76 1605.10 1583.04 1560.48 1538.27 1517.59 1499.13 1483.49 1471.15 1462.69 1458.17 1457.15 1459.25 1463.91 -12.33 -33.13 12.36 -7.64 -26.14 -42.50 6.18 -5.14 -13.25 -14.48 -9.07 47.72 51.20 56.18 61.79 103.35 103.83 101.39 94.96 83.53 16.247 16.232 16.248 16.291 16.360 16.456 16.580 16.728 16.897 17.179 17.493 17.809 18.120 18.420 18.702 18.959 19.184 19.374 19.528 19.645 内力位移极值表 极值名 轴力最大值 轴力最小值 剪力最大值 剪力最小值 弯矩最大值 弯矩最小值 位移最大值 位移最小值 角度 (° ) 270.00 90.00 127.50 52.50 90.00 162.00 90.00 162.00 弯矩 (kN.m/m) 45.84 155.64 -10.16 -10.15 155.64 -165.97 155.64 45.84 轴力 (kN/m) 1680.15 1119.87 1272.58 1272.57 1119.87 1454.56 1119.87 1680.15 剪力 (kN/m) 33.14 0.00 135.47 -135.47 0.00 2.88 0.00 33.14 位移 (mm) 16.232 25.763 21.998 22.005 25.763 19.818 25.763 16.232 ID 70 24 34 14 24 95 26 75 注：位移最大值、位移最小值的

ID是指节点ID，其它项表示单元ID。

张开角 (° ) 0.085 0.085 -0.095 张开量 (mm) 0.516 0.516 -0.581 4 5 6 编号 所处位置 (° ) 234.00 306.00 18.00 张开角 (° ) 0.033 0.033 -0.095 张开量 (mm) 0.204 0.204 -0.581 环向接头张开角计算结果表 编号 1

所处位置 (° ) 82.50 97.50 162.00 2 3 2.4管片验算结果

1断面安全性验算

断面安全性的计算结果

参数名 M设计值(kN.m/m) N设计值(kN.m/m) 偏心距e(mm) 外侧混凝土应力 b c(MPa) L最大正弯矩截面 155.64 「1119.87 139.0 「11.43 最大负弯矩截面 -165.97 1454.56 114.1 0.00 最大轴力截面 45.84 1680.15 27.3 0.00 内侧混凝土应力b 'c(MPa) 外侧钢筋应力b s(MPa) 内侧钢筋应力b 's(MPa) 验算结论 0.00 138.01 185.23 安全 11.99 143.30 149.59 安全 0.00 0.00 0.00 安全 注：混凝土应力，“ +”为压应力；钢筋的应力，“+”为拉应力，“-”为压应力。

截面验算结论：安全

2、 连接缝验算

选用螺栓的型号：普通螺栓

4.6级4.8级

管片自身抵抗弯矩 Mr： 88.07kN.m/环 连接缝抵抗弯矩 Mjr/Mrs=0.65>0.60, 连接缝安全。

3、 千斤顶推力验算

混凝土的最大压应力为：1.93 混凝土的允许压应力为： 23.10 X 1.65=38.12

结论：管片安全

管片验算最终结论：安全

: 57.18kN.m/环结论：

Mjr