綜合管廊設計計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15080綜合管廊設計計算過程案例 110781.1計算參數(shù) 1130941.2荷載組合與分類 3127281.3電力艙設計計算 4204951.3.1巖土物理力學指標 5128841.3.2構件尺寸與參數(shù) 5290111.3.3單元劃分 6271041.3.4地層壓力計算 7273431.3.5內(nèi)力計算 9180981.3.6截面驗算 19316511.4水信艙設計計算 3153571.4.1構件尺寸與參數(shù) 31109851.4.2單元劃分 32258181.4.3地層壓力計算 3379491.4.4內(nèi)力計算 35259351.4.5截面驗算 38279401.5燃氣艙設計計算 48231101.5.1構件尺寸與參數(shù) 4819651.5.2單元劃分 49227841.5.3地層壓力計算 49288321.5.4內(nèi)力計算 51323631.5.5截面驗算 54計算參數(shù)計算隧道結構內(nèi)力，首先要確定計算方法。換句話說就是要先判斷隧道結構是深埋隧道還是淺埋隧道，確定了之后再根據(jù)相應的隧道類型選擇合適的計算方法。結構的設計開挖寬度為11.8m，考慮到襯砌的因素，電力艙開挖寬度為3.55m，水信艙開挖寬度為5.3m，燃氣艙的開挖寬度為2.95m。三個艙室的開挖高度也不一樣，電力艙和水信艙為5.32m，燃氣艙為5.0m。根據(jù)開挖斷面圖可知，管廊結構的底板埋深為13.10m，下面開始判斷隧道的埋深類型?！惰F路隧道設計規(guī)范》(TB10003-2016)第5.1.6條規(guī)定，當?shù)乇硭綍r，若隧道結構的上覆土層的厚度滿足下式，按淺埋隧道來設計和計算。(5.1-1)《公路隧道設計規(guī)范》(JTG3370.1-2018)第6.1.3條規(guī)定，判斷隧道結構是深埋還是淺埋，要看等效荷載高度。(5.1-2)式中：—淺埋隧道分界深度(m)；—荷載等效高度(m)。(5.1-3)式中：—圍巖重度(kN/m3)；—(kN/m2)。(5.1-4)式中：—圍巖等級;—寬度影響系數(shù)，按照下列公式計算(5.1-5)式中：—隧道寬度(m)；式中：—圍巖壓力增減率，按表5.1-1取值。表5.1-1圍巖壓力增減率值隧道寬度B(m)B＜55≤B＜1414≤B＜25圍巖壓力增減率0.20.1分導洞開挖0.07上下臺階法或一次性開挖0.12根據(jù)勘察報告可知，圍巖等級為Ⅵ級，S取6；B為隧道寬度，取11.8m；因為B滿足條件5≤B＜14，i取0.1。將以上取值代入式5.1-4和5.1-5計算得：隧道結構以上的土層厚度為3.72~13.10m，取最大值H=13.10m來說算。由上式可知，淺埋隧道和深埋隧道的臨界埋深值為60.48m，整個隧道結構的最大埋深深度13.10m要遠遠小于臨界值，所以可以判定整個管廊結構全部可以視為淺埋隧道。荷載組合與分類參考《鐵路隧道設計規(guī)范》(TB10003-2016)第5.1.1條規(guī)定，根據(jù)具體情況選擇對應的荷載類型和組合系數(shù)，見表5.2-1和5.2-2。表5.2-1荷載分類與組合編號荷載分類荷載名稱1永久荷載圍巖壓力2土壓力3結構自重4結構附加恒載5混凝土收縮徐變影響力6水壓力7可變荷載基本可變荷載公路車輛荷載、人群荷載8立交公路荷載及其沖擊力與土壓力9立交鐵路荷載及其沖擊力與土壓力10立交渡槽流水壓力11其他可變荷載溫度變化影響力12凍脹力13施工荷載14偶然荷載人防荷載15地震力表5.2-2荷載組合系數(shù)表序號組合驗算荷載工況永久荷載可變荷載偶然荷載地震荷載人防荷載1基本組合強度驗算1.351.42準永久組合（構建裂縫寬度驗算）1.01.03抗震荷載作用下構件強度驗算1.20.61.34人防荷載作用下構件強度驗算1.21.0電力艙設計計算根據(jù)規(guī)范《地下綜合管廊工程設計規(guī)范》(DB37/T5109-2018)第5.3.1條規(guī)定，綜合管廊標準斷面內(nèi)部凈高根據(jù)容納的管線種類、規(guī)格、數(shù)量、安裝要求等綜合確定，不宜小于2.4m，將電力艙斷面凈高設為4.0m，斷面形狀為馬蹄形；根據(jù)第5.3.3條規(guī)定，根據(jù)管廊容納的管線種類、數(shù)量、運輸、安裝、運行、維護等要求，取斷面內(nèi)部凈寬為2.6m，結合工程地質(zhì)條件又在拱外側(cè)1.5m及掌子面處深孔注漿加固地層。根據(jù)規(guī)范《公路隧道設計規(guī)范第一冊土建工程》(JTG3370.1-2018)第8.8.1條規(guī)定，公路隧道的襯砌形式應根據(jù)隧道圍巖等級、施工條件和使用要求來選擇合適的襯砌形式，Ⅳ～Ⅵ級圍巖洞身段應采用復合式襯砌或整體式襯砌。根據(jù)勘察報告，施工標段SG2K0+132～K0+334的圍巖等級為Ⅵ級，故采用復合式襯砌。規(guī)范DB37/T5109-2018《地下綜合管廊工程設計規(guī)范》的第8.2.1條規(guī)定鋼筋混凝土結構的混凝土強度不應低于C30，噴射混凝土強度不應低于C20。本工程擬采用C25噴射混凝土作為襯砌材料，初襯厚度為250mm；C35混凝土澆筑二襯結構，二襯厚度為350mm，且配有鋼筋。在設計二襯厚度的時候要注意，電力艙頂板和側(cè)墻二襯的厚度為350mm，為了達到更好的抗彎效果，底板的二襯厚度為400mm。每個艙室二襯厚度的設計原理都相同，其他艙室的設計方案在后面會有具體說明。根據(jù)規(guī)范《公路隧道設計規(guī)范第一冊土建工程》(JTG3370.1-2018)的“表8.6.3混凝土保護層最小厚度”，取二次襯砌外側(cè)的鋼筋保護層厚度為45mm，內(nèi)側(cè)為35mm。根據(jù)“表8.6.4截面最小配筋率”、“表8.6.6鋼筋錨固長度“、第8.6.8和8.6.9條規(guī)定，根據(jù)受力條件，選取合適的二次襯砌結構配筋方案，詳細的配筋信息在截面驗算中會有說明。巖土物理力學指標地面標高h0=35.300m，結構頂板標高為h1=23.061m，結構內(nèi)部的底板標高為h2=18.461m。在綜合各類因素之后，選取LHL4號鉆孔處的土層物理力學性質(zhì)參數(shù)來作為設計計算過程中的參數(shù)，計算過程中需要根據(jù)設計情況和計算結果的準確定來進行一定的參數(shù)優(yōu)化。各土層參數(shù)見表5.3.1-1。表5.3.1-1土層參數(shù)值土體類型容重(kN/m3)粘聚力(kPa)內(nèi)摩擦角(°)土層厚度(m)側(cè)壓力系數(shù)雜填土①3層19.00.0102.80粉土②1層19.016.0271.300.43黏土②2層18.332.051.100.55粉土②1層19.016.0273.000.43粉質(zhì)黏土③2層20.132.915.71.800.42細砂③3層20.00.0302.600.40粉質(zhì)黏土③2層20.132.915.72.100.42粉質(zhì)黏土④1層20.132.0151.300.40粉土④3層20.220.0305.000.43注：本表中各土層的內(nèi)摩擦角和粘聚力的取值，是根據(jù)三軸剪切試驗得出的。構件尺寸與參數(shù)(1)構件尺寸要計算整個結構的內(nèi)力，就需要先把結構分為多個襯砌構件單元。由于電力艙的頂板是一個半圓形，為了計算方便，將頂板分為5個構件單元，每個構件單元的長度為816.8m，高度取二襯的厚度，即350mm。將側(cè)墻和頂板一分為二，每個側(cè)墻構件的長度為1350mm，高度為350mm，底板構件長度為1300mm，高度為400mm。(2)構件參數(shù)在手算過程中需要用到每個構件的彈性模量，在只考慮二襯的情況下，除了混凝土之外還要考慮鋼筋的彈性模量。只有算出了構件的等效彈性模量之后，才能進行下一步計算。參考《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)的“表4.1.5混凝土的彈性模量”和“表4.2.5鋼筋的彈性模量”取值。二襯混凝土強度等級為C35，取Ec=3.15×104MPa，本工程采用的是HRB400鋼筋，取Es=2×105MPa。等效彈性模量的計算公式如下：(5.3.2-1)式中，—等效彈性模量；—混凝土彈性模量；—鋼筋彈性模量；—混凝土截面面積；—鋼筋截面面積；—構件截面面積?，F(xiàn)在知道了構件的長度和高度，由于整個工程隧道結構是一直連續(xù)的，取寬度B=1.0m。根據(jù)構件各項參數(shù)，計算慣性矩和彈性模量，如下。(5.3.2-2)(5.3.2-3)各構件單元參數(shù)見表5.3.2-1。表5.3.2-1構件單元參數(shù)構件截面面積(m2)慣性矩(m4)彈性模量(Mpa)頂板0.353.57×10-33.72×104底板0.405.33×10-33.64×104側(cè)墻0.353.57×10-33.72×104(3)結構自重單元劃分運用結構力學中的矩陣位移法將計算模型分為以多個構件單元，如圖5.3.3-1。圖5.3.3-1電力艙單元劃分圖地層壓力計算根據(jù)《鐵路隧道設計規(guī)范》(TB10003-2016)附錄E可知：應按上覆土柱的全部重量來計算淺埋情況下的豎向壓力。根據(jù)場地施工條件來判斷，地層土壓力取靜止土壓力來計算，除此之外還要考慮地面荷載、施工人員和機械等引起的附加水平壓力。地面超載為20kPa，側(cè)壓力系數(shù)統(tǒng)一取0.45，地面超載的水平分量為9.0kN，結合教材《土力學基本原理及應用》中的14.3靜止土壓力計算一節(jié)和“表2.2.1—1鉆孔土層物理力學參數(shù)建議值”，綜合管廊結構所受的豎向壓力及靜止土壓力的計算過程如下。(1)豎向壓力式中，—土的重度；—土層厚度。靜止土壓力由于土壤和管廊各自都沒有相對移動，按靜止土壓力來算。(5.3.4-1)式中，—靜止土壓力系數(shù)，可由泊松比來確定，。由于測定的設備和方法還不夠完善，在缺乏實驗資料的情況下，可根據(jù)經(jīng)驗公式確定，即對砂性土，有(5.3.4-2)對黏性土，有(5.3.4-3)式中，——土的有效內(nèi)摩擦角。由于③2和④3土層都是黏性土，所以采用式5.3.4-3來計算各圖層的靜止土壓力系數(shù)，在計算過程中為了計算結果的準確性和一致性，靜止土壓力系數(shù)全部取0.45。細砂③3層：粉土④3層：節(jié)點2靜止土壓力計算：節(jié)點3靜止土壓力計算：節(jié)點4靜止土壓力計算：節(jié)點5靜止土壓力計算：節(jié)點6靜止土壓力計算：由于計算截面為對稱截面，所以截面兩側(cè)同一高度所對應的兩個節(jié)點的豎向壓力和靜止土壓力的絕對值是相等的，靜止土壓力的方向相反，各單元的豎向和側(cè)向土壓力見表5.3.4-1。表5.3.4-1單元土層壓力單元豎向土壓力(KPa)K0靜止土壓力(KPa)1000.45002315.42288.480.45141.84129.823288.48261.340.45129.82117.604261.34245.980.45117.60110.695245.98235.820.45110.69106.426235.82235.820.45106.42106.427235.82245.980.45106.42110.698245.98261.340.45110.69117.609261.34288.480.66117.60129.8210288.48315.420.45129.82141.8411000.4500內(nèi)力計算得到各類計算參數(shù)后繪制結構計算簡圖，如圖5.3.5-1所示：圖5.3.5-1結構計算簡圖內(nèi)力計算的基本思路是，桿端位移乘上單剛矩陣可以算出桿端位移，也就是，實際計算形式如下：上式可記為(5.3.5-1)式5.3.5-1就是根據(jù)節(jié)點位移求出了節(jié)點力，這個方程就是單元剛度方程，但注意這只是在局部坐標系下列出的方程，矩陣EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e是局部坐標系下的單元剛度矩陣，它是6×6方陣。將剛度矩陣和桿端位移算出來之后就可以得到結構內(nèi)力了。在將結構劃分為單元之后，需要先對結構整體建立一個二維坐標系，這樣一來每個單元與整體坐標系的夾角就可以計算出來，這個角度起到了坐標轉(zhuǎn)換的作用。首先要計算出每個單元在局部坐標系下的單元剛度矩陣，矩陣形式如下：但要計算構件單元的內(nèi)力就必須要算出整體坐標系下的單元剛度矩陣，要實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換，就需要用到單元坐標轉(zhuǎn)換矩陣T，如下：將單元剛度方程轉(zhuǎn)換成整體坐標系下的形式，可寫為下式：(5.3.5-2)其中是在整體坐標系下的單元剛度矩陣。將單元剛度方程由局部坐標系轉(zhuǎn)換為整體坐標系形式的公式如下：(5.3.5-3)根據(jù)各構件單元單元的參數(shù)，列出單剛矩陣，以下各單元剛度矩陣計算時，各物理量單位如下表5.3.5-1所示。表5.3.5-1各物理量單位物理量單位EMPaAm2Im4lm需要注意的是頂板、側(cè)墻和底板的單元剛度矩陣相互之間是不同的，但是三個結構自身的每個單元剛度矩陣是相同的，因為構件單元的長度相同。側(cè)墻單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=1350mm=1.35m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元2由于單元2的彈性模量和長度和單元3相等，所以單元2、單元3、單元9和單元10的單元剛度矩陣相同。頂板單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構建單元的長度l=816.8mm=0.8168m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元4同理可得單元4、單元5、單元6、單元7和單元8的單元剛度矩陣相同，底板單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=1300mm=1.30m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元1單元1和單元11的單元剛度矩陣相同。將計算得到的局部坐標系下的單元剛度矩陣通過式5.3.5-3算出整體坐標系下的單元剛度矩陣，這一部分的計算由于較為復雜，采用matlab來計算，計算代碼見附錄。每個構件單元與整體坐標系的夾角見表5.3.5-2，計算代碼見附錄。表5.3.5-2各單元在整體坐標系下的角度單元碼桿端1節(jié)點碼桿端2節(jié)點碼(°)112-180223-90334-90445-72556-366670778368897299109010101190111112180注：單元坐標系相對于整體坐標系的角度順時針為正。要算出結構內(nèi)力值，光有構件單元的單剛矩陣是不夠的，根據(jù)《隧道結構力學計算》第二章第五節(jié)——隧道襯砌計算的矩陣位移法可知，計算模型中除了襯砌單元，還有鏈桿單元和墻底彈性支座單元，后兩者的單剛矩陣在求解的過程中也會用到，統(tǒng)一的計算模型如圖5.3.5-2。圖5.3.5-2計算模型將計算模型應用到本工程中，不涉及墻底彈性支座單元。要計算鏈桿的單剛矩陣，首先要用到溫克爾假定，如式5.3.5-4，式中的代表的是局部坐標系下的彈性抗力，也就是局部坐標系下鏈桿單元的內(nèi)力。(5.3.5-4)式中:——地層彈性抗力系數(shù)；按照設計資料取K=90Mpa/m;——截面的面積；和整體坐標系下的內(nèi)力的轉(zhuǎn)換關系為：(5.3.5-5)式中：—鏈桿單元與x軸的夾角，見表5.3.5-3。表5.3.5-3鏈桿單元夾角鏈桿單元編號(°)1-902-453041853667271088144916210-18011-135由式5.3.5-5可知，鏈桿單元的轉(zhuǎn)置矩陣,結合式5.3.5-3，其整體單剛矩陣如下。(5.3.5-6)式中：—支撐鏈桿處圍巖的彈性抗力系數(shù)；—支承鏈桿所支承的襯砌高度。運用直接剛度法，將襯砌單元的單剛矩陣擴展成貢獻矩陣，以便結構總剛度矩陣的計算，如式5.3.5-7：(5.3.5-7)公式中i和j代表的是一個襯砌單元的桿端編號，這個公式可以將襯砌單元桿端i和桿端j的內(nèi)力分開計算，在受力平衡的公式中會用到，四個貢獻矩陣形式如下：通過matlab計算，得到襯砌和鏈桿單元的整體單元矩陣之后，利用直接剛度法來建立整個結構的剛度方程。首先對于襯砌單元，可以得到以下關系式：(5.3.5-8)以上關系式中的字母，上角標是單元編號。下角標是節(jié)點編號，那么對于鏈桿單元，我們需先先將它的剛度方程擴寫，如式5.3.5-9：(5.3.5-9)對于各鏈桿單元，可得出以下關系式：(5.3.5-10)以上各關系式中的角標都代表節(jié)點編號，代表的是節(jié)點位移值。根據(jù)變形協(xié)調(diào)可知，同一節(jié)點的各單元位移相等，因此可以得到以下關系式：(5.3.5-11)根據(jù)力的平衡條件，同一節(jié)點上各單元構件的力的總和等于該節(jié)點的節(jié)點荷載值，如式5.3.5-12：(5.3.5-12)式中的下角標是節(jié)點編號。上角標是單元編號，以此類推便可得到以下關系式：(5.3.5-13)又因為各節(jié)點處的各單元的節(jié)點位移都相等，所以可以將以上關系式簡化為：(5.3.5-14)需要注意的是，在前面已經(jīng)提到，本工程的計算模型不需要用到墻底彈性支座單元，所以節(jié)點荷載值和合成矩陣的角標都沒有0和n。由節(jié)點荷載的平衡方程，我們可以構建一個剛度方程，即,其中結構總剛度方程形式如下：應用到本工程內(nèi)力計算的計算模型時，因為有了邊界約束條件，這兩個邊界位移值都等于0，也就是說忽略第0行和第n行的元素。結構總剛度矩陣的計算過程由于太過復雜，故用matlab計算得出。在計算出結構總剛度矩陣之后，利用SMsolver(結構力學求解器)建模，來計算節(jié)點荷載值，各單元節(jié)點荷載值見表5.3.5-4，計算出節(jié)點荷載值之后通過式5.3.5-15計算得到節(jié)點位移。表5.3.5-4電力艙等效節(jié)點荷載值單元節(jié)點fx1fy1M1fx2fy2M2112-273.52-513.99440.90-273.52-513.99-227.29223-513.99273.52-227.29-513.9978.008.16334-513.9978.008.16-513.99-101.16-9.32445-523.1826.53-9.32-384.98-88.00-28.94556-366.45147.20-28.94-293.38-101.42-8.11667-287.54116.96-8.11-287.54-116.968.11注：利用半邊分析，只需要計算單元1～5和單元6的，單元7～11與單元1～5相同，但是剪力的符號相反。(5.3.5-15)已知同一節(jié)點處各單元位移相等，則通過以下公式可計算出各襯砌單元節(jié)點力，也就是結構內(nèi)力：(5.3.5-16)(5.3.5-17)式中：—單元節(jié)點力。最后運用matlab的程序，使用函數(shù)dis=inv(Matrix_s-tanhuang_s)*A;計算出每個單元的節(jié)點位移大小,見表5.3.5-5。表5.3.5-5節(jié)點位移參數(shù)表(m)桿1—4桿5—8桿9—11u(mm)0.4628-1.2221-0.2881v(mm)1.18220.9406-1.9896θ(rad)0.0148-1.0398-0.9966u(mm)0.4628-1.77030.7121v(mm)1.18480.1814-1.9913θ(rad)-0.0466-1.2357-0.4678u(mm)0.2237-1.76871.0134v(mm)1.1790-0.8652-1.9930θ(rad)-0.3398-1.3028-0.0228u(mm)-0.5174-1.1569v(mm)1.1732-1.7065θ(rad)-0.7719-1.2198利用matlab計算得到的各襯砌單元的節(jié)點內(nèi)力見表5.3.5-6。表5.3.5-6電力艙襯砌單元節(jié)點內(nèi)力值節(jié)點編號F(KN)Q(KN)M(KN·m)1-273.58-514.00-440.9120-1028.07454.673-156.01-1003.45-16.334288.17-1003.4518.615412.66-673.4157.936413.9126.6116.237497.52451.4737.038483.94579.8117.439124.77852.9320.8110374.721028.07236.6811-351.571028.07-449.19截面驗算在截面驗算部分中，由于初襯是噴射混凝土，厚度不大且強度不高，在計算過程中可以忽略其作用，即在驗算過程中只考慮二襯。二襯為鋼筋混凝土構件，根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)第6章和第7章的規(guī)定，需進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的驗算。根據(jù)工程施工要求和設計內(nèi)容，襯砌所分成的構件單元應看作梁構件，在前面的設計部分已經(jīng)說明，在驗算過程中為了保證驗算的準確性，將這三種構件都按照壓彎構件來驗算，下面先進行承載能力極限狀態(tài)的驗算。(1)正截面受彎承載力驗算參考《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)第6.2.10條，構件受彎承載力滿足以下公式：圖5.3.6-1矩形截面受彎構件正截面受彎承載力計算(5.3.6-1)混凝土受壓區(qū)高度：(5.3.6-2)混凝土受壓區(qū)高度應滿足下列條件：(5.3.6-3)(5.3.6-4)式中：—彎矩設計值；—系數(shù)，按規(guī)范第6.2.6條計算，取1.0；—；—受壓區(qū)、受拉區(qū)縱向普通鋼筋的截面面積；—受壓區(qū)、受拉區(qū)縱向預應力筋的截面面積；—受壓區(qū)縱向預應力筋合力點處混凝土法向應力等于零時的預應力筋應力；—矩形截面寬度；—界面有效高度；—受壓區(qū)縱向普通鋼筋合力點、預應力筋合力點至截面受壓邊緣的距離；—受壓區(qū)全部縱向鋼筋合力點至截面受壓邊緣的距離，當受壓區(qū)未配置縱向預應力筋或受壓區(qū)縱向預應力筋應力為拉應力時，公式5.3.6-4中的用代替。當不滿足式5.3.6-4時，還可用下式來驗算受彎承載力：(5.3.6-5)本工程的配筋方案中只給結構配有普通鋼筋，因此在正截面受彎承載力驗算時需要用到以下簡化后的公式：(5.3.6-6)(5.3.6-7)(5.3.6-8)下面進行結構各構件的驗算。頂板構件正截面受彎承載力驗算根據(jù)內(nèi)力計算的結果，取頂板構件中單元4和單元5的交點截面處進行驗算，頂板結構的配筋方案如下：受拉區(qū)縱向鋼筋為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積=6462mm2，受壓區(qū)為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2。C35混凝土抗壓強度設計值=16.7N/mm2；HRB400鋼筋強度設計值=360N/mm2；二襯的混凝土等級為C35＜C50，因此=1.0；混凝土保護層厚度結構外側(cè)為45mm，內(nèi)側(cè)為35mm?；炷潦軌簠^(qū)高度：正截面受彎承載力：滿足要求側(cè)墻構件正截面受彎承載力驗算為了簡化工序和驗算過程，電力艙的頂板構件、側(cè)墻構件和底板構件的配筋方案相同，側(cè)墻的配筋方案可參考頂板。側(cè)墻的驗算截面取彎矩最大也就是最危險的截面——單元1和單元2交點處截面?；炷潦軌簠^(qū)高度：正截面受彎承載力：滿足要求底板構件正截面受彎承載力驗算底板的驗算截面還是取單元1和單元2交點處截面，驗算原理同上。正截面受彎承載力：滿足要求(2)正截面受壓承載力驗算由于結構構件受到的是偏心壓力，所以要將構件看作偏心受壓構件。《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)第6.2.17條規(guī)定，正截面受壓承載力滿足下列要求：圖5.3.6-2矩形截面偏心受壓構件正截面受壓承載力計算1—截面重心軸(5.3.6-9)(5.3.6-10)(5.3.6-11)(5.3.6-12)式中：—軸向壓力作用點至軸向受拉普通鋼筋和手拉預應力筋的合力點的距離；—受拉邊或受壓較小邊的縱向普通鋼筋、預應力筋的應力；—初始偏心距；—縱向受拉普通鋼筋和受拉預應力筋的合力點至截面近邊緣的距離；—軸向壓力對界面重心的偏心距，取；—附加偏心距，按規(guī)范第6.2.5條確定。前面已經(jīng)提到，結構只配置了普通鋼筋，故上述所用到的計算公式可以簡化為以下形式：(5.3.6-13)(5.3.6-14)側(cè)墻正截面受壓承載力驗算選取側(cè)墻構件中軸力最大的截面，驗算截面為單元9和單元10的交點處截面，根據(jù)規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，考慮截面對稱偏心受壓構件，桿端彎矩比為：軸壓比為：構件長細比為：滿足同一主軸方向桿端彎矩比不大于0.9且軸壓比不大于0.9，根據(jù)規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，忽略附加彎矩影的響。計算時先按大偏壓計算，如果滿足條件則成立：取；側(cè)墻受拉區(qū)縱向鋼筋配置為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積As=6462mm2，受壓區(qū)鋼筋配置為25@150，受壓區(qū)配筋面積As'=3436mm2。受壓區(qū)高度為：結構配置的普通鋼筋有屈服點，根據(jù)第6.2.7條規(guī)定，相對界限受壓區(qū)高度為：根據(jù)規(guī)范第6.2.6條規(guī)定，混凝土強度等級為C35<C50，所以取0.8；混凝土極限壓應變cu：相對受壓區(qū)高度為：根據(jù)規(guī)范第6.2.17條規(guī)定可知，,構件滿足大偏心受壓條件。根據(jù)規(guī)范第6.2.5條規(guī)定，附加偏心距應取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30兩者中的較大值，因為350/30=11.67mm＜20mm，取=20mm。驗算過程如下：經(jīng)驗算，側(cè)墻構件正截面受壓承載力滿足要求。頂板正截面受壓承載力驗算頂板的驗算截面選取的是單元6和單元7的交點處截面，根據(jù)規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，考慮截面對稱偏心受壓構件，桿端彎矩比為：軸壓比為：構件長細比為：滿足規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，忽略附加彎矩的影響。按大偏壓計算：取；頂板受拉區(qū)縱向鋼筋配置為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積As=6462mm2，受壓區(qū)鋼筋配置為25@150，受壓區(qū)配筋面積As'=3436mm2。受壓區(qū)高度為：相對界限受壓區(qū)高度：混凝土強度等級為C35<C50，取0.8；混凝土極限壓應變cu：相對受壓區(qū)高度：根據(jù)規(guī)范第6.2.17條規(guī)定可知，,構件滿足大偏心受壓條件。因為350/30=11.67mm＜20mm，滿足規(guī)范第6.2.5條規(guī)定，取=20mm。驗算過程如下：經(jīng)驗算，頂板構件正截面受壓承載力滿足要求。底板正截面受壓承載力驗算底板的驗算截面選取的是右底板和側(cè)墻的交點處，根據(jù)規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，考慮截面對稱偏心受壓構件，桿端彎矩比為：軸壓比為：構件長細比為：滿足規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，忽略附加彎矩的影響。按大偏壓計算：取；底板受拉區(qū)縱向鋼筋配置為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積As=6462mm2，受壓區(qū)鋼筋配置為25@150，受壓區(qū)配筋面積As'=3436mm2。受壓區(qū)高度為：相對界限受壓區(qū)高度為：混凝土強度等級為C35<C50，取0.8；混凝土極限壓應變cu：相對受壓區(qū)高度為：根據(jù)規(guī)范第6.2.17條規(guī)定可知，,構件滿足大偏心受壓條件。因為400/30=13.33mm＜20mm，滿足規(guī)范第6.2.5條規(guī)定，取=20mm。驗算過程如下：經(jīng)驗算，底板構件正截面受壓承載力滿足要求。(3)斜截受剪承載力驗算根據(jù)規(guī)范第6.3.1條規(guī)定，受彎構件的受剪截面滿足下列公式：當時(5.3.6-15)當時(5.3.6-16)當時，按線性內(nèi)插法確定。式中：—構建斜截面上的最大剪力設計值；—界面的腹板高度：矩形截面，取有效高度；—混凝土強度影響系數(shù)：當混凝土強度等級不超過C50時，取=1.0。規(guī)范第6.3.2條規(guī)定，驗算截面首先考慮支座邊緣處的截面。根據(jù)結構的剪力圖，側(cè)墻與底板交界處截面的剪力的絕對值最大，故選取此截面為驗算截面。結構側(cè)墻與底板交界處截面，箍筋的配置方案為，414@150，其余截面的配筋方案可根據(jù)驗算結果進行優(yōu)化。驗算過程如下：V=1028.07kN∵∴選用式5.3.6-15進行驗算經(jīng)驗算，滿足要求。規(guī)范第6.3.12條規(guī)定，鋼筋混凝土偏心受壓構件，其斜截面受剪承載力應符合下列規(guī)定：(5.3.6-17)式中：—偏心受壓構件計算截面的剪跨比，按規(guī)范第6.2.12條規(guī)定取值，這里?。弧袅υO計值V相應的軸向壓力設計值，當大于時，取，此處A為構件的截面面積?！渲迷谕唤孛鎯?nèi)箍筋各肢的全部截面面積，即；—沿構件長度方向箍筋的間距；—箍筋的抗拉強度設計值，按規(guī)范的第4.2.3條的規(guī)定采用。經(jīng)驗算，滿足要求。下面進行正常使用極限狀態(tài)驗算，在這部分驗算過程中要考慮的是裂縫寬度的控制。(4)裂縫控制驗算本工程永久結構裂縫控制等級為三級，環(huán)境等級為一級，根據(jù)規(guī)范第7.1.2條規(guī)定，對于鋼筋混凝土偏心受壓構件，按荷載標準組合或準永久組合并考慮長期作用影響。最大裂縫寬度計算方法如下：(5.3.6-18)(5.3.6-19)(5.3.6-20)(5.3.6-21)式中：—構件受力特征系數(shù)，按表7.1.2—1采用；—裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)：當其小于0.2時取0.2，當其大于1.0時取1.0；—按荷載準永久組合計算的鋼筋混凝土構件縱向受拉普通鋼筋應力；—普通鋼筋的彈性模量，岸本規(guī)范表4.2.5采用；—最外層縱向受拉鋼筋保護層厚度(mm)：當其小于20時取20，當其大于65時取65；—按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率；—有效受拉混凝土截面面積：受彎構件取0.5bh；—受拉區(qū)縱向普通鋼筋截面面積；—受拉區(qū)縱向預應力鋼筋截面面積；—受拉區(qū)縱向鋼筋等效直徑(mm)；—受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的公稱直徑(mm)；—受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的根數(shù)；—受拉區(qū)第i種縱向鋼筋的相對粘結特征系數(shù)。根據(jù)規(guī)范第7.1.4條規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構件鋼筋的等效應力按下列公式計算：受彎構件(5.3.6-21)偏心受壓構件(5.3.6-22)(5.3.6-23)(5.3.6-24)(5.3.6-25)(5.3.6-26)式中：—受拉區(qū)縱向普通鋼筋截面面積；—按荷載準永久組合計算的軸向力值、彎矩值；—軸向拉力作用點至受壓區(qū)或受拉較小邊縱向普通鋼筋合力點的距離；—軸向壓力作用點至縱橫受拉普通鋼筋合力點的距離；—荷載準永久組合下的初始偏心距；—縱向受拉普通鋼筋合力點至截面受壓區(qū)合力點的距離，且不大于0.87h0；—使用階段的軸向壓力偏心距增大系數(shù)；—截面重心至縱向受拉普通鋼筋合力點的距離；—受壓翼緣截面面積與腹板有效截面面積的比值；—受壓區(qū)翼緣的寬度和高度。根據(jù)公式5.3.6-18和5.3.6-21可以看出，最大裂縫寬度與節(jié)點處的彎矩成正比，故要選取驗算的截面是彎矩最大處，即左側(cè)墻與底板交點處的截面，驗算過程如下：截面處的受拉區(qū)縱向鋼筋配置為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積As=6462mm2，由于構件是梁，故按受彎構件來計算。根據(jù)規(guī)范的表3.4.5規(guī)定：表3.4.5結構構件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限值(mm)環(huán)境類別鋼筋混凝土結構預應力混凝土結構裂縫控制等級裂縫控制等級一三級0.30（0.40）三級0.20二a0.200.10二b二級—三a、三b一級—經(jīng)驗算，底板跨中的最大裂縫寬度滿足要求。水信艙設計計算水信艙的斷面設計與電力艙斷面設計的原理相同，斷面凈寬為3.9m，凈高為3.8m，側(cè)墻為直墻，頂拱是以斷面對稱線上距底面1.0m處半徑為2.8m的圓弧；初襯是厚度為300mm的C25噴射混凝土，頂板和側(cè)墻的二襯是厚度為400mm的鋼筋混凝土，底板的二襯厚度為450mm；二襯的頂板和側(cè)墻的配筋方案和電力艙的相同，受拉區(qū)縱向鋼筋為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積=6462mm2，受壓區(qū)配筋方案為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2；底板的配筋方案為受拉區(qū)28@100+28@150，受拉區(qū)配筋面積=9237mm2，受壓區(qū)配筋方案為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2，計算簡圖參考“圖5.3.5-1結構計算簡圖”。構件尺寸與參數(shù)(1)構件尺寸由于水信艙的頂板并不是一個規(guī)則的半圓，為了計算方便，也將其劃分為5個構件單元，頂點單元長度為1746.5mm，剩下的四個單元長度為785.1mm，每個構件的高度都是400mm。將側(cè)墻和頂板一分為二，每個側(cè)墻構件的長度為1350mm，高度為350mm，底板構件長度為1950mm，高度為450mm。(2)構件參數(shù)各構件單元參數(shù)見表5.4.1-1。表5.4.1-1構件單元參數(shù)構件截面面積(m2)慣性矩(m4)彈性模量(Mpa)頂板0.405.33×10-33.64×104底板0.457.59×10-33.59×104側(cè)墻0.405.33×10-33.64×104(3)結構自重單元劃分運用結構力學中的矩陣位移法將計算模型分為以多個構件單元，如圖5.4.2-1。圖5.4.2-1水信艙單元劃分圖地層壓力計算根據(jù)《鐵路隧道設計規(guī)范》(TB10003-2016)附錄E可知：應按上覆土柱的全部重量來計算淺埋情況下的豎向壓力。根據(jù)場地施工條件來判斷，地層土壓力取靜止土壓力來計算，除此之外還要考慮地面荷載、施工人員和機械等引起的附加水平壓力。地面超載為20kPa，側(cè)壓力系數(shù)統(tǒng)一取0.45，地面超載的水平分量為9.0kN，結合教材《土力學基本原理及應用》中的14.3靜止土壓力計算一節(jié)和“表5.3.1-1鉆孔土層物理力學參數(shù)建議值”，綜合管廊結構所受的豎向壓力及靜止土壓力的計算過程如下。(1)豎向壓力式中，—土的重度；—土層厚度。(2)靜止土壓力由于土壤和管廊各自都沒有相對移動，按靜止土壓力來算。(5.4.3-1)式中，—靜止土壓力系數(shù)，可由泊松比來確定，。由于測定的設備和方法還不夠完善，在缺乏實驗資料的情況下，可根據(jù)經(jīng)驗公式確定，即對砂性土，有(5.4.3-2)對黏性土，有(5.4.3-3)式中，—土的有效內(nèi)摩擦角。細砂③3層：粉土④3層：節(jié)點2靜止土壓力計算：節(jié)點3靜止土壓力計算：節(jié)點4靜止土壓力計算：節(jié)點5靜止土壓力計算：節(jié)點6靜止土壓力計算：由于計算截面為對稱截面，所以截面兩側(cè)同一高度所對應的兩個節(jié)點的豎向壓力和靜止土壓力數(shù)值是相等的，靜止土壓力的方向相反，各節(jié)點的豎向和側(cè)向土壓力見表5.4.3-1。表5.4.3-1單元土層壓力單元豎向土壓力(KPa)K0靜止土壓力(KPa)1000.45002315.42288.480.45141.84129.823288.48261.340.45129.82117.604261.34249.480.45117.60112.635250.29239.230.45112.63107.656239.23239.230.45107.65107.657239.23250.290.45107.65112.638250.29261.340.45112.63117.609261.34288.480.66117.60129.8210288.48315.420.45129.82141.8411000.4500內(nèi)力計算計算參數(shù)的取值參照電力艙內(nèi)力計算部分。每個艙室的內(nèi)力計算的原理和步驟都相同，唯一不同的就是參數(shù)，所以在這里就不再解釋計算的原理和思路，直接開始單剛矩陣的計算。側(cè)墻單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=1350mm=1.35m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元2由于單元2的彈性模量和長度和單元3相等，所以單元2、單元3、單元9和單元10的單元剛度矩陣相同。頂板單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=785.1mm=0.7851m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元4同理可得單元4、單元5、單元7和單元8的單元剛度矩陣相同，單元6的長度和其他單元的不同，所以單元剛度矩陣也不同，需要單獨計算。單元6底板單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=1950mm=1.95m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元1單元1和單元11的單元剛度矩陣相同。每個構件單元與整體坐標系的夾角見表5.4.4-1。表5.4.4-1各單元在整體坐標系下的角度單元碼桿端1節(jié)點碼桿端2節(jié)點碼α(°)112-180223-90334-90445-77556-496670778498897799109010101190111112180各鏈桿單元的夾角見表5.4.4-2。表5.4.4-2鏈桿單元夾角鏈桿單元編號(°)1-902-453041352765471268153916710-18011-135通過SMsolver計算出來的等效節(jié)點荷載見表5.4.4-3。表5.4.4-3等效節(jié)點荷載表單元節(jié)點fx1fy1M1fx2fy2M2112-283.41-639.94870.91-283.41-639.94-376.98223-639.94283.41-376.98-639.9487.89-128.18334-639.9487.89-128.18-639.94-91.27-132.31445-643.3063.44-132.31-537.41-24.85-123.07556-455.16286.80-123.07-397.2598.8010.95667-232.72336.7710.95-232.72-336.77-10.95運用Matlab計算出來的節(jié)點位移值見表5.4.4-4。表5.4.4-4位移參數(shù)表(mm)桿1—4桿5—8桿9—11u(mm)0.2886-0.2117-0.1450v(mm)0.28330.0683-0.3360θ(rad)0.1184-0.2071-0.1556u(mm)0.2887-0.32360.0909v(mm)0.1083-0.0286-0.3357θ(rad)0.0293-0.1645-0.1871u(mm)0.2118-0.32370.3525v(mm)0.1076-0.2507-0.3355θ(rad)-0.1373-0.1113-0.2005u(mm)-0.0444-0.2538v(mm)0.1070-0.3112θ(rad)-0.2198-0.1267各襯砌單元的節(jié)點內(nèi)力見表5.4.4-5。表5.4.4-5水信艙襯砌單元節(jié)點內(nèi)力值節(jié)點編號F(KN)Q(KN)M(KN·m)1-283.41-639.93-870.962-566.81-1279.94754.073-175.831279.94256.484173.55-1278.13264.625660.25-673.47246.156567.93101.87-21.947747.8717.11112.138417.43873.14121.47957.281178.31251.2910-192.10-1279.94509.3811-371.331279.94-742.75截面驗算驗算的內(nèi)容和原理與電力艙相同，需要注意的是參數(shù)的取值會有不同，下面直接開始承載能力極限狀態(tài)的計算。(1)正截面受彎承載力驗算參考《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)第6.2.10條，構件受彎承載力滿足以下公式：圖5.4.5-1矩形截面受彎構件正截面受彎承載力計算(5.4.5-1)混凝土受壓區(qū)高度：(5.4.5-2)混凝土受壓區(qū)高度應滿足下列條件：(5.4.5-3)(5.4.5-4)當不滿足式5.4.5-4時，還可用下式來驗算受彎承載力：(5.4.5-5)本工程的配筋方案中只給結構配有普通鋼筋，因此在正截面受彎承載力驗算時需要用到以下簡化后的公式：(5.4.5-6)(5.4.5-7)(5.4.5-8)下面進行結構各構件的驗算。1)頂板構件正截面受彎承載力驗算根據(jù)水信艙內(nèi)力計算結果，頂板結構的驗算截面選取彎矩值最大的截面，也就是頂板和左側(cè)墻交點處的截面。頂板結構所配置的受拉區(qū)縱向鋼筋為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積=6462mm2，受壓區(qū)配筋方案為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2。混凝土=16.7N/mm2；鋼筋=360N/mm2；二襯的混凝土強度等級為C35＜C50，因此=1.0；混凝土保護層厚度外側(cè)為45mm，內(nèi)側(cè)為35mm。混凝土受壓區(qū)高度：正截面受彎承載力：滿足要求2)側(cè)墻構件正截面受彎承載力驗算結構整體的縱向鋼筋配筋是可以考慮成連續(xù)的，也就是說頂板和側(cè)墻的縱向鋼筋配筋方案相同，側(cè)墻的配筋方案可以參考頂板配筋方案，下面就直接開始驗算過程，驗算截面選取為左側(cè)墻和底板交點處的截面。混凝土受壓區(qū)高度：正截面受彎承載力：滿足要求3)底板構件正截面受彎承載力驗算底板的驗算截面取結構底板的跨中截面，需要注意的是因為地板跨中截面處的彎矩值較大，故底板的配筋方案和頂板與側(cè)墻不同，底板的配筋方案為受拉區(qū)28@100+28@150，受拉區(qū)配筋面積=9237mm2，受壓區(qū)配筋方案為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2，驗算原理同上。正截面受彎承載力：滿足要求(2)正截面受壓承載力驗算由于結構構件受到的是偏心壓力，所以要將構件看作偏心受壓構件?！痘炷两Y構設計規(guī)范》(GB50010-2010)第6.2.17條規(guī)定，正截面受壓承載力滿足下列要求：圖5.4.5-2矩形截面偏心受壓構件正截面受壓承載力計算1—截面重心軸(5.4.5-9)(5.4.5-10)(5.4.5-11)(5.4.5-12)前面已經(jīng)提到，結構只配置了普通鋼筋，故上述所用到的計算公式可以簡化為以下形式：(5.4.5-13)(5.4.5-14)1)側(cè)墻正截面受壓承載力驗算驗算截面取左側(cè)墻與底板交點處的截面，根據(jù)規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，考慮截面對稱偏心受壓構件，桿端彎矩比為：軸壓比為：構件長細比為：滿足規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，可忽略附加彎矩影響。按大偏壓計算：?。粋?cè)墻受拉區(qū)縱向鋼筋配置為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積=6462mm2，受壓區(qū)鋼筋配置為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2。受壓區(qū)高度為：相對界限受壓區(qū)高度：混凝土強度等級為C35<C50，取0.8；混凝土極限壓應變：相對受壓區(qū)高度：根據(jù)規(guī)范第6.2.17條規(guī)定可知，,構件滿足大偏心受壓條件。400/30=13.33mm＜20mm，滿足根據(jù)規(guī)范第6.2.5條規(guī)定，取=20mm。驗算過程如下：經(jīng)驗算，側(cè)墻構件正截面受壓承載力滿足要求。2)頂板正截面受壓承載力驗算頂板的驗算截面選取的是單元6與單元7交點處的截面，驗算構件為單元6，根據(jù)規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，考慮截面對稱偏心受壓構件，桿端彎矩比為：軸壓比為：構件長細比為：滿足規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，忽略附加彎矩影響。按大偏壓計算：取；頂板受拉區(qū)縱向鋼筋配置為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積=6462mm2，受壓區(qū)鋼筋配置為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2。受壓區(qū)高度為：相對界限受壓區(qū)高度：混凝土強度等級為C35<C50，取0.8；混凝土極限壓應變cu：相對受壓區(qū)高度為：根據(jù)規(guī)范第6.2.17條規(guī)定可知，,構件滿足大偏心受壓條件。400/30=13.33mm＜20mm，滿足規(guī)范第6.2.5條規(guī)定，取=20mm。驗算過程如下：經(jīng)驗算，頂板構件正截面受壓承載力滿足要求。3)底板正截面受壓承載力驗算底板的驗算截面選取的是底板與右側(cè)墻交點處截面，驗算構件為單元2，根據(jù)規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，考慮截面對稱偏心受壓構件，桿端彎矩比為：軸壓比為：構件長細比為：滿足規(guī)范第6.2.3條規(guī)定，忽略附加彎矩影響。按大偏壓計算：?。粋?cè)墻受拉區(qū)縱向鋼筋配置為受拉區(qū)28@100+28@150，受拉區(qū)配筋面積=9237mm2，受壓區(qū)配筋方案為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2。受壓區(qū)高度為：相對界限受壓區(qū)高度：混凝土強度等級為C35<C50，取0.8；混凝土極限壓應變cu：相對受壓區(qū)高度為：根據(jù)規(guī)范第6.2.17條規(guī)定可知，,構件滿足大偏心受壓條件,根據(jù)規(guī)范第6.2.5條規(guī)定，附加偏心距應取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30兩者中的較大值，因為450/30=15mm＜20mm，所以取=20mm。驗算過程如下：經(jīng)驗算，底板構件正截面受壓承載力滿足要求。(3)斜截受剪承載力驗算根據(jù)規(guī)范第6.3.1條規(guī)定，受彎構件的受剪截面滿足下列公式：當時(5.4.5-15)當時(5.4.5-16)當時，按線性內(nèi)插法確定。規(guī)范第6.3.2條規(guī)定，計算截面應首先考慮選取支座邊緣處的截面。根據(jù)結構的剪力圖，側(cè)墻與底板交界處截面的剪力的絕對值最大，故選取此截面為驗算截面。結構側(cè)墻與底板交界處截面，箍筋的配置方案為，414@150，其余截面的配筋方案可根據(jù)驗算結果進行優(yōu)化。驗算過程如下：V=1279.94kN∵∴選用式5.4.5-15進行驗算經(jīng)驗算，滿足要求。規(guī)范第6.3.12條規(guī)定，鋼筋混凝土偏心受壓構件，其斜截面受剪承載力應符合下列規(guī)定：(5.4.5-17)經(jīng)驗算，滿足要求。下面進行正常使用極限狀態(tài)驗算，在這部分驗算過程中要考慮的是裂縫寬度的控制。(4)裂縫控制驗算(5.4.5-18)(5.4.5-19)(5.4.5-20)(5.4.5-21)根據(jù)規(guī)范第7.1.4條規(guī)定，鋼筋混凝土受彎構件受彎區(qū)普通鋼筋的等效應力也按下列公式計算：受彎構件(5.4.5-21)偏心受壓構件(5.4.5-22)(5.4.5-23)(5.4.5-24)(5.4.5-25)(5.4.5-26)根據(jù)公式可以看出，最大裂縫寬度與節(jié)點處的彎矩成正比，故要選取驗算的截面是彎矩最大處，即底板跨中截面處，驗算過程如下：截面處的受拉區(qū)縱向鋼筋配置為28@100+28@150，受拉區(qū)配筋面積=9237mm2，由于構件是梁，故按受彎構件來計算。經(jīng)驗算，底板跨中的最大裂縫寬度滿足要求。燃氣艙設計計算燃氣艙的斷面設計與電力艙斷面設計的原理相同，斷面凈寬為2.0m，凈高為3.7m，側(cè)墻為直墻，頂拱圓形的半徑為1.0m；初襯是厚度為300mm的C25噴射混凝土，頂板和側(cè)墻的二襯是厚度為350mm的鋼筋混凝土，底板二襯的厚度為400mm；二襯的配筋方案和電力艙的相同，受拉區(qū)縱向鋼筋為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積=6462mm2，受壓區(qū)配筋方案為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2計算簡圖參考“圖5.3.4-1結構計算簡圖”。構件尺寸與參數(shù)(1)構件尺寸燃氣艙和電力艙劃分構件單元的方法一樣，將頂板分為5個構件單元，每個構件單元的長度為628.3m，高度為350mm。將側(cè)墻和底板一分為二，每個側(cè)墻構件的長度為1350mm，高度為350mm，底板構件長度為1000mm，高度為400mm。(2)構件參數(shù)各構件單元參數(shù)見表5.5.1-1。表5.3.2-1構件單元參數(shù)構件截面面積(m2)慣性矩(m4)彈性模量(Mpa)頂板0.353.57×10-33.72×104底板0.405.33×10-33.64×104側(cè)墻0.353.57×10-33.72×104(3)結構自重單元劃分結構單元劃分如圖5.5.2-1。圖5.5.2-1燃氣艙單元劃分圖地層壓力計算計算地層壓力時要注意，燃氣艙頂點并沒有和電力艙及水信艙在一個高度上，所以計算出來的地層壓力會有所不同。(1)豎向壓力式中，—土的重度；—土層厚度。(2)靜止土壓力由于土壤和管廊各自都沒有相對移動，按靜止土壓力算。(5.5.3-1)式中，—靜止土壓力系數(shù)，可由泊松比來確定，。由于測定的設備和方法還不夠完善，在缺乏實驗資料的情況下，可根據(jù)經(jīng)驗公式確定，即對砂性土，有(5.5.3-1)對黏性土，有(5.5.3-2)式中，φ‘細砂③3層：粉土④3層：節(jié)點2靜止土壓力計算：節(jié)點3靜止土壓力計算：節(jié)點4靜止土壓力計算：節(jié)點5靜止土壓力計算：節(jié)點6靜止土壓力計算：各單元的土層壓力見表5.5.3-1。表5.5.3-1單元土層壓力單元豎向土壓力(KPa)K0靜止土壓力(KPa)1000.45002315.42288.480.45141.84129.823288.48261.340.45129.82117.604261.34249.480.45117.60112.635250.29239.230.45112.63107.656239.23239.230.45107.65107.657239.23250.290.45107.65112.638250.29261.340.45112.63117.609261.34288.480.66117.60129.8210288.48315.420.45129.82141.8411000.4500內(nèi)力計算每個艙室的內(nèi)力計算的原理和步驟都相同，唯一不同的就是參數(shù)，內(nèi)力計算的思路和原理可以參考電力艙的內(nèi)力計算部分，下面直接開始計算。側(cè)墻單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=1350mm=1.35m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元2由于單元2的彈性模量和長度和單元3相等，所以單元2、單元3、單元9和單元10的單元剛度矩陣相同。頂板單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=628.3mm=0.6283m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元4同理可得單元4、單元5、單元6、單元7和單元8的單元剛度矩陣相同。底板單元剛度矩陣(局部坐標系)：每個構件單元的長度l=1000mm=1.00m，根據(jù)EQ\*jc0\*"Font:Calibri"\*hps12\o\ad(\s\up11(—),k)e計算得：單元1單元1和單元11的單元剛度矩陣相同。各構件單元在整體坐標系下的角度見表5.5.4-1。表5.5.4-1各單元在整體坐標系下的角度單元碼桿端1節(jié)點碼桿端2節(jié)點碼α(°)112-180223-90334-90445-72556-366670778368897299109010101190111112180各單元的等效節(jié)點荷載見表5.5.4-2。表5.5.4-2等效節(jié)點荷載表單元節(jié)點fx1fy1M1fx2fy2M2112-253.86-403.18238.57-253.86-403.18-164.61223-403.18253.86-164.61-403.1858.2344.20334-403.1858.2344.20-403.18-120.970.013445-420.42-20.850.013-312.96-108.09-31.10556-319.3387.52-31.10-258.20-103.40-36.66667-261.4894.82-36.66-261.48-94.8236.66各單元節(jié)點位移參數(shù)見表5.5.4-3。表5.5.4-3位移參數(shù)表(mm)桿1—4桿5—8桿9—11u(mm)0.0451-0.0170-0.0109v(mm)-0.3160-0.01520.1593θ(rad)-0.22710.1101-0.0266u(mm)0.04510.02810.0660v(mm)-0.03450.04730.1599θ(rad)-0.17240.1277-0.0986u(mm)-0.06940.02820.1812v(mm)-0.03350.12110.1605θ(rad)-0.05580.0998-0.1253u(mm)-0.06780.0224v(mm)-0.03240.1577θ(rad)0.05650.0396各襯砌單元的節(jié)點內(nèi)力值見表5.5.4-3。表5.5.4-3燃氣艙襯砌單元節(jié)點內(nèi)力值節(jié)點編號F(KN)Q(KN)M(KN·m)1-253.86-403.18-238.572-507.72-806.36329.223-116.46-806.36-88.404270.72-796.58-26.015406.41-522.7462.206530.93-163.2373.327468.38353.7167.768419.20461.8136.659141.28667.42-13.1010-132.89806.36164.6011-312.09806.36-282.77截面驗算(1)正截面受彎承載力驗算參考《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)第6.2.10條，構件受彎承載力滿足以下公式：圖5.5.5-1矩形截面受彎構件正截面受彎承載力計算(5.5.5-1)混凝土受壓區(qū)高度：(5.5.5-2)混凝土受壓區(qū)高度應滿足下列條件：(5.5.5-3)(5.5.5-4)當不滿足式2.2.6—4時，正截面受彎承載力應滿足式2.2.6—5：(5.5.5-5)本工程的配筋方案中只給結構配有普通鋼筋，因此在正截面受彎承載力驗算時需要用到以下簡化后的公式：(5.5.5-6)(5.5.5-7)(5.5.5-8)下面進行結構各構件的驗算。1)頂板構件正截面受彎承載力驗算根據(jù)內(nèi)力計算的結果，取頂板構件中單元5和單元6的交點截面處進行驗算，頂板結構的配筋方案如下：受拉區(qū)縱向鋼筋為22@100+22@150，受拉區(qū)配筋面積=6462mm2，受壓區(qū)為25@150，受壓區(qū)配筋面積=3436mm2。混凝土=16.7N/mm2；鋼筋=360N/mm2；二襯的混凝土等級為C35＜C50，因此=1.0；混凝土保護層厚度結構外側(cè)為45mm，內(nèi)側(cè)為35mm。混凝土受壓區(qū)高度：正截面受彎承載力：滿足要求2)側(cè)墻構件正截面受彎承載力驗算為了簡化工序和驗算過程，燃氣艙的頂板構件、側(cè)墻構件和底板構件