《地下結構課程設計》任務書——地鐵區間隧道結構設計學校：北京交通大學學院：土木建筑工程學院姓名：李俊班級：土木1108班指導教師：賀少輝、孫曉靜目錄HYPERLINK一.設計任務 3HYPERLINK1.1工程地質條件 3HYPERLINK1.2其他條件 3HYPERLINK二.設計過程 5HYPERLINK2.1根據給定的隧道或車站埋深判斷結構深、淺埋 5HYPERLINK2.2計算作用在結構上的荷載 5HYPERLINK2.2.1永久荷載 5HYPERLINK2.2.2可變荷載 7HYPERLINK2.3進行荷載組合 7HYPERLINK2.3.1承載能力極限狀態 7HYPERLINK2.3.2正常使用極限狀態 7HYPERLINK2.4繪出結構受力圖 8HYPERLINK2.5利用midas程序計算結構內力 82.5.1midas程序建模過程9HYPERLINK2.5.2繪制內力分析圖11HYPERLINK三.結構配筋計算 113.1基本條件11HYPERLINK3.1頂板配筋計算 15HYPERLINK3.2側板配筋計算 18HYPERLINK3.3底板配筋計算 20HYPERLINK四.最終配筋： 22五.參考資料22六、設計總結 23一、設計任務對某區間隧道進行結構檢算，求出內力，并進行配筋計算。具體設計基本資料如下：1．1工程地質條件線路垂直于永定河沖、洪積扇的軸部，第四紀地層沉積韻律明顯，地層由上到下依次為：雜填土、粉土、細砂、圓礫土、粉質粘土、卵石土。其主要物理力學指標如表1，本地區地震烈度為6度。表1各層土的物理力學指標土的類型厚度（m）天然重度γ（kN/m3）飽和重度γ（kN/m3）彈性抗力系數(Mpa/m）變形模量E（GPa）泊松比μ內摩擦角ф（o）粘聚力C(Mpa)雜填土2.31626500.80.4200.005粉土4.51826.2900.90.35210.01細砂7.61926.61001.20.32220.01圓礫土7.819.527.01201.50.32250.01粉質粘土9.120.027.51501.80.32230.02卵石土15.920.027.82002.00.30270.03基巖223002.50.35350.041．2其他條件地下水位在地面以下12m處；隧道頂板埋深14m；采用暗挖法施工，隧道斷面型式為馬蹄形。隧道位置形狀圖隧道內部尺寸設計：結構凈寬11.900m結構凈高8.812m結構底板厚度500mm結構頂板厚度450mm結構側板厚度450mm二、設計過程2.1根據給定的隧道埋深判斷結構深、淺埋；可以采用《鐵路隧道設計規范》推薦的方法，即有上式中s為圍巖的級別；B為洞室的跨度；i為B每增加1m時的圍巖壓力增減率。由于隧道拱頂埋深14m，位于粉土層、細砂層和圓礫土中，根據《地鐵設計規范》10.1.2可知“暗挖結構的圍巖分級按現行《鐵路隧道設計規范》確定”。圍巖為Ⅵ級圍巖。則有=0.45=24.34m因為埋深hc=14m2.2計算作用在結構上的荷載；1永久荷載A頂板上永久荷載a.頂板自重（考慮初襯和二襯的自重）q=γd=25×(0.45+0.3)=18.75KPab地層豎向土壓力由于拱頂埋深14m，則頂上土層有雜填土、粉土、細砂，且地下水埋深12m，應考慮土層壓力和地下水壓力的影響。q=2.3×16+=249.8KPac.地層豎向水壓力qB底板上永久荷載（考慮初襯和二襯的自重）a.底板自重q=γd=25×(0.3+0.5)=20KPab.水壓力（向上）：qC側墻上永久荷載地層側向壓力按主動土壓力的方法計算，由于埋深在地下水位以下，需考慮地下水的影響。(采用水土分算)KaKaKaa.側墻自重q=γ.d=25×b.隧道側墻上部土壓力：用朗肯主動土壓力方法計算q==113.7c.對于隧道側墻圖層分界處土壓力，隧道側墻有兩處分界處土壓力：第一處：q=q=第二處：

q=q=d.對于隧道側墻底部土壓力q=e.對于隧道側墻水壓力q2可變荷載A頂板上可變荷載在道路下面的潛埋暗挖隧道，地面的車輛荷載按20KPa的均布荷載取值，并不計動力作用影響。人行荷載按照4KPa的均布荷載取值，并不計動力作用影響。B底板上可變荷載主要為列車車輛運行的可變荷載，一般取為C側墻上可變荷載由于到隧道上部地面車輛的運行和過往的行人，會導致側向壓力的增大：

q2.3進行荷載組合1、承載能力極限狀態荷載組合采用1.2恒載+1.4活載根據以上各種計算，作用在隧道上的設計荷載有：拱頂：設計恒載：-408.44KPa設計活載：-33.6KPa底板：設計恒載：132.46KPa設計活載：-8KPa側墻（頂部）：設計恒載：180.50KPa（x方向）設計活載：11.62KPa（x方向）；（底部）：設計恒載：382.48KPa（x方向）；設計活載：11.62KPa（x方向）；2、正常使用極限狀態荷載組合采用恒載+活載根據以上各種計算，作用在隧道上的設計荷載有：拱頂：設計恒載：-302.55KPa設計活載：-24KPa底板：設計恒載：88.12KPa設計活載：-5.7KPa側墻（頂部）：設計恒載：133.7KPa（x方向）設計活載：8.3KPa（x方向）；（底部）：設計恒載：283.32KPa（x方向）；設計活載：8.3KPa（x方向）；2.4繪制結構受力圖根據承載能力極限狀態荷載組合值，可以分別計算出拱頂、底板、側墻和中墻的設計荷載值，如下圖：2.5、利用midas程序計算結構內力用隧道通用有限元程序—MIDAS/GTS，MIDAS/GTS是目前最先進的土木隧道結構分析系統，它對土木隧道結構的分析中所需要的各種功能進行了綜合的考慮。MIDAS/GTS的廣泛使用，為土木建筑物的建模和分析提供了很大的便利。建立隧道模型首先定義材料屬性，本設計采用C30混凝土，截面厚度為0.45m,長度按1m來計算，然后利用MidasGTS繪制二維隧道截面模型，并劃分節點數為54個，如圖所示：然后建立單元坐標系及節點號如圖所示：邊界條件利用曲面彈簧功能定義模型的邊界條件。選擇賦予地基彈簧的節點后輸入相應的地基反力系數，根據隧道跨越的不同土體建立不同的地基反力系數。荷載組合：根據承載能力極限狀態荷載組合，組合設計為1.35倍靜力荷載+1.4倍動力荷載；根據正常使用極限狀態荷載組合，組合設計為靜力荷載+動力荷載。2、根據MIDAS軟件繪制受力圖如圖：軸力圖彎矩圖剪力圖：三、結構配筋計算1.基本條件2、頂板配筋計算2.1設計條件通過上述數據，我們發現在使用期間頂板承受的最大正彎矩和最大負彎矩值為最大彎矩：199.95kN.m最大軸力：2237.58kN5.2.2計算過程截面尺寸：計算長度：彎矩設計值，軸力設計值,偏心矩：附加偏心矩：初始偏心矩：偏心距增大系數：，取所以構件長細比對截面曲率影響的系數則偏心矩增大系數：則計算偏心距為：因此，可按大偏心受壓構件進行計算①求受壓區鋼筋面積取則受壓區鋼筋面積：選用6Φ18，=1527?求受拉區鋼筋面積受壓區計算高度:則受拉區鋼筋面積為：經過反復的裂縫寬度驗算，采用6Φ18，=1527，非超筋，滿足要求。?裂縫寬度驗算，所以不用驗算裂縫寬度。5.3側板配筋計算5.3.1設計條件通過上述數據，我們發現在使用期間側墻承受的最大彎矩和最大剪力值為最大彎矩：366.5kN.m最大軸力：2429.42kN5.3.2計算過程截面尺寸：計算長度：彎矩設計值，軸力設計值,偏心矩：附加偏心矩：初始偏心矩：偏心距增大系數：，取所以構件長細比對截面曲率影響的系數則偏心矩增大系數：則計算偏心距為：因此，可按大偏心受壓構件進行計算受壓區鋼筋面積取則受壓區鋼筋面積：選用6Φ16，=1206?求受拉區鋼筋面積受壓區計算高度:則受拉區鋼筋面積為：采用6Φ16，=1206mm2?裂縫寬度驗算，所以不用驗算裂縫寬度。5.4底板配筋計算5.4.1設計條件通過上述數據，我們發現在使用期間底板承受的最大正彎矩和最大負彎矩值為最大彎矩:238.19KN.m,對應軸力：2770.67KN5.4.2計算過程截面尺寸：計算長度：彎矩設計值，軸力設計值,偏心矩：附加偏心矩：初始偏心矩：偏心距增大系數：，取所以構件長細比對截面曲率影響的系數則偏心矩增大系數：則計算偏心距為：因此，可按大偏心受壓構件進行計算①求受壓區鋼筋面積取則受壓區鋼筋面積：選用6Φ16，=1206?求受拉區鋼筋面積受壓區計算高度:則受拉區鋼筋面積為：采用6Φ18，=1527?裂縫寬度驗算，所以不用驗算裂縫寬度。四、最終配筋結果如下表所示：受力情況配筋受力情況配筋頂板受壓6Φ18，1527受拉6Φ18，1527側板受壓6Φ16，1206受拉6Φ16，1206底板受壓6Φ16，1206受拉6Φ18，1527根據構造要求，內外兩層主筋之間設拉筋，采用φ8@400X400鋼筋，隔一拉一，梅花形布設。分布鋼筋采用直徑14mmHRB335鋼筋，間距200mm。五、設計總結通過這次設計訓練，我對隧道設計有了更深刻的了解。在做課程設計中，將平時學到的原理知識在實踐中具體化，讓我學會了如何使用各種資料來完成一次設計，提高了實踐能力，同時也對軌道的設計能夠更好的整體把握。本次設計利用了MidasGTS有限元軟件，讓我感受到了用軟件來計算結構內力的方便和準確，要想成為一名優秀的土木人，就應該熟悉掌握有關有限元的軟件。總的來說，這次課程設計很有收獲。從一開始的無頭緒到最后算出結果的過程，讓我的基礎知識更加扎實，培養了