地下建筑结构课件—第六章盾构法装配式圆形衬砌结构2

建筑工程学院（三）按多铰圆环计算圆环内力（1）日本山本稔法基本假定：适用于圆形结构衬砌环在转动时，管片或砌块视作刚体处理。衬砌环外围土抗力按均变形式分布，土抗力的计算要满足衬砌环稳定性的要求，土抗力作用方向全部朝向圆心。计算中不计及圆环与土壤介质间的摩擦力，这对于满足结构稳定性是偏于安全的。土抗力和变位间关系按文克列尔公式计算。四、衬砌内力计算建筑工程学院（三）按多铰圆环计算圆环内力（1）日本山本稔法计算方法结构按静定结构分析衬砌各个截面处地层抗力四、衬砌内力计算111)(iiiiiiaiqqqq建筑工程学院解1-2杆日本山本稔法01i60i0X101221)sin(3)cos1(iiiiiiidqrprHHrqHH221327.0Pr5.00Y1022cos3siniiiiiidqrqrVrqqrrqqrV222388.0866.06333866.002M10122221)sin(32)]cos1([2)sin(5.0iiiiiiiiidqrrprqrHrqPqH)346.025.075.0(21建筑工程学院解2-3杆日本山本稔法601i120i0X0Y03M101232132)sin()(332sin2iiiiiiiidqqqrrPHH)(22332qqrprHHiiiidqqqrVVii)cos()(3310232321)(089.02332qqVV6012001232222)sin()(332iiiiidqqqrprrHrqqPH22327.0173.02建筑工程学院解3-4杆日本山本稔法1201i180i0X0Y04MiiiiiidqqqrprHH)sin()(33)]cos(1[11201800341344334173.0327.05.0qrqprHHiiiiiidqqqrqrV)cos()(33)sin(1120180034313433478.0389.0866.0qqqrViiiiiiiiiiidqqqrrqrPrH)sin()(332)sin()cos(12)]cos(1[112018003432212113rqrqqrprHrV4333173.0328.0375.085.0866.0建筑工程学院计算注意点衬砌圆环各个截面上的值与侧向或底部的作用荷载叠加后的数值要求有一定的控制，不能超越一容许值。圆环除强度计算外，还得计算其变形及稳定要求。圆环破坏条件以非约束铰为中心的三个铰（i-1）、（i）、（i+1）的座标系统排列在一直线上，由结构丧失稳定。（三）按多铰圆环计算圆环内力建筑工程学院（2）苏联的多铰圆环内力计算苏联的这种多铰圆环设计计算方法与日本山本方法最大的差异在于苏联方法认为衬砌与地层之间不产生相对的位移，而山本法则认为衬砌环与地层间能完全自由滑移，而忽视了地层土抗力的切线部分。（三）按多铰圆环计算圆环内力建筑工程学院（2）苏联的多铰圆环内力计算内力计算结果比较（三）按多铰圆环计算圆环内力建筑工程学院衬砌结构在各个工作阶段内力计算完成后，就可分别或组合几个工作阶段的内力情况进行断面选择。断面选择在各个不同工作阶段具有不同内容和要求，在基本使用荷载阶段，需进行抗裂或裂缝限制，强度和变形等验算，而在组合基本荷载阶段和特殊荷载阶段的衬砌内力时，一般仅进行强度的检验，变形和裂缝开展可不予以考虑。五、衬砌断面选择建筑工程学院抗裂计算偏压构件断面上的内力分别为弯矩M、轴向力N。混凝土抗拉极限应变值（一）抗裂及裂缝限制的计算5210)3.01(6.0llRd1000bh4105.2~5.1i受拉钢筋的应变值混凝土最大压应变受压钢筋的应变值lgxhxh0lhxhxlhgxhaxxax建筑工程学院求出裂缝出现前的中和轴的位置（一）抗裂及裂缝限制的计算0XbxREAEARxbxhNhggggggl21)(0qAMaxhRbxhxheKNl2)()(00对偏心距e0axhRbxhxheKNl2)()(000)(322100aHRAxhxbxRggh)(322100aHRAxhxbxRggh建筑工程学院隧道衬砌结构的强度计算往往是先假定衬砌的混凝土横断面尺寸：宽度及厚度，根据使用上的要求，给定混凝土标号（一般装配式构件的标号大都选用在400号以上）和钢筋种类（目前国内用得较多的是16Mn）要求选择钢筋面积。当构件承受瞬时荷载时，建筑材料的强度指标可按特殊规定适当提高。强度计算和配筋选择可按一般钢筋混凝土偏压构件计算。（二）、衬砌断面强度计算建筑工程学院首先判断偏压截面的偏心距（二）、衬砌断面强度计算hNMe3.0/0he3.00属于大偏心受压属于小偏心受压先假定中和轴055.0hx0FM)(255.055.00000ahRAhhRbhKNeggW)(4.0020ahRRbhKNeAgwg计算出的为负值时，说明混凝土受压区强度已够，按构造需要配设钢筋gA建筑工程学院混凝土受压区高度x已不等于0.55h，必须重行计算（二）、衬砌断面强度计算在计算出中和轴x后，再代入下式0gAM)(200ahRAxhRxbKNeggW0X0ggggWRARARxbKNgggWgRKNRARxbA建筑工程学院时，应按受压钢筋为矩心的力矩平衡公式计算，并假定混凝土应力和受压钢筋应力作用点重合（二）、衬砌断面强度计算为偏于安全计，计算公式中常不采用而采用ax2gA0gAM)(0ahRAeKNgg)(0ahReKNAggK0KKNeeKNKNaheKN200aheKN200N建筑工程学院时，属于小偏心受压。（二）、衬砌断面强度计算0gAM003.0he)(5.0020ahRARbhKNegga)(5.0020ahRRhbKNeAgag时，受压筋配得较多，而破坏可能发生在一侧0015.0hegA0gAM)(5.0020ahRRbeKNAgag建筑工程学院衬砌圆环的水平直径变形计算（三）、衬砌圆环的直径变形计算11Mcos2rMEIdsM2111EIdxM2222cosrMaEIdsMMaa11EIdsMMaa222)sin(21rqMq22)cos1(Pr21pMEIdsMMqaaqEIdsMMpaaqaqapaaxxy2211水平建筑工程学院各种荷载条件下的圆环水平直径变形系数(三)、衬砌圆环的直径变形计算编号荷重形式水平直径处（半径方向）图示1铅直分布荷重2水平均布荷重3等边分布荷重04等腰Δ分布荷重5自重EIrq/1214EIpr/1214EIrPK/0454.04EIgr/1304.04建筑工程学院（一）接缝张开的验算管片拼装之际由于受到螺栓预应力的作用，在接缝上产生预压应力(四)、纵向接缝计算1c2cWNeFNcc021glAN当接缝受到外荷后的应力状态WNeFNcc021建筑工程学院（一）接缝张开的验算最终接缝应力(四)、纵向接缝计算接缝变形量22cp11acclElp裂缝不张开无拉应力拉应力小于涂料的粘结力伸长量小于涂料的弹性变形量建筑工程学院（二）纵向接缝强度计算接缝强度计算时，近似地把螺栓看作受拉钢筋按钢筋混凝土截面进行。一般先假定螺栓直径、数量和位置，然后对接缝强度的安全度进行验算。(四)、纵向接缝计算计算中和轴x0NM0200eRAxheRxbggbReRAehehxgg2)()(200建筑工程学院(四)、纵向接缝计算属于大偏心受压055.0hx0RM222000xhRAxheKNgg002220NexhNxhRAKgg属于大偏心受压055.0hx0AgMNeRhKa205.0满足K≥1.55建筑工程学院纵向接缝中环向螺栓位置a（高度）的设置管片厚度大于400mm设双排螺栓，内外排螺栓孔的位置离管片内外二侧不小于100mm管片厚度小于400mm设有单排螺栓，则螺栓孔位置大致为管片厚度的1/3处。(四)、纵向接缝计算建筑工程学院环缝的综合伸长量(五）、环缝的近似计算管片伸长量21lll1111WEMll纵向螺栓伸长量2222WEMll环缝的合成刚度环缝的合成抗弯强度222111212221112121)()()(WElWElllWEMlWEMlllMlllMEW合)()()()(合合合合WEM212211)()()(llllll合合合建筑工程学院例1）16只纵向螺栓的抗弯强度（不按合成断面考虑），M30纵向螺栓，45钢(五）、环缝的近似计算mrcmkgRcmAgg84.2,/3600,19.52280cos10cos80cos60cos10cos60cos30cos10cos30cos10cos4ggRrAM9848.01737.05.0866.098481.0360084.219.54222mtcmkg43110431)0467.198481.0(1025.21255建筑工程学院2）钢筋混凝土管片的纵向抗弯强度，配纵向钢筋79φ10，(五）、环缝的近似计算262785.079cmAg2/3200cmkgRg混凝土面积22226440044.6)75.21.3(cmmAh按环形横断面计算3.00104.03200622290644003200622gghggRARARA03267.0180104.0sinsinsinsin2221ggghrRArrRAMmtcmkg3.586103.5865建筑工程学院3）钢筋混凝土管片和纵向螺栓的合成纵向抗弯强度管片宽度：90cm，螺栓长度18.5cm，(五）、环缝的近似计算弹性模量：混凝土钢断面模量：混凝土251/103.3cmkgE262/101.2cmkgE3634411016.1814.181.3)5.52.6(1.0cmmW断面模量：螺栓3422222221018.184.2/]80cos68cos30cos10[cos84.219.54cmrrnAWg建筑工程学院3）钢筋混凝土管片和纵向螺栓的合成纵向抗弯强度(五）、环缝的近似计算螺栓应变值混凝土应变值cmkgEW94545105.1421018.110