某工程A隧洞5类(桩号干0+156.00~干1+111.00)衬砌内力和配筋计算书 2014年5月16日目录1 基本资料 (3)1.1 等别 (3)1.2 断面尺寸 (3)1.3 荷载 (3)1.4 计算工况和荷载组合 (3)2 计算方法 (4)2.1 参数取值 (4)2.2 计算简图 (6)3 理正计算结果 (6)4 衬砌配筋计算 (9)4.1 计算情况 (9)4.2 偏心受压计算 (10)4.2.1 取值 (10)4.2.2 配筋计算 (11)4.3 受弯计算 (13)4.4 计算结果 (13)5 抗裂验算 (14)5.1 计算公式 (14)5.2 计算情况 (15)5.3 偏心受压计算 (15)5.4 受弯计算 (15)6 斜截面抗剪验算 (16)6.1 计算公式 (16)6.2 计算情况 (16)6.3 偏心受压计算 (17)6.4 受弯计算 (17)7 配筋结果 (17)1 基本资料1.1 等别根据SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》和GB50288—99《灌溉与排水工程设计规范》的规定，该工程属Ⅲ等（中型）工程。
渠系建筑物按5级设计。
渠系建筑物设计洪水重现期为10年（P=10 %）1.2 断面尺寸净断面尺寸2.0m ×2.4m （宽×高），底板、侧墙及顶拱衬砌厚度均为0.3m 。
1.3 荷载按5级建筑物设计，安全级别为Ⅲ级。
结构重要性系数9.00=γ，设计状况系数0.1=持久ψ、95.0=短暂ψ、85.0=偶然ψ，永久荷载分项系数05.1=G γ（0.95），可变荷载分项系数20.1=Q γ，偶然作用分项系数0.1=A γ，结构系数2.1=d γ。
按承载能力极限状态计算时荷载分项系数： 衬砌自重作用分项系数1.05（有利）、0.95（不利） 围岩压力作用分项系数1.0 外水压力作用分项系数1.0 灌浆压力作用分项系数1.31.4 计算工况和荷载组合检修期：围岩压力+衬砌自重+外水压力施工期：围岩压力+衬砌自重+外水压力+灌浆压力注：以检修期作为控制工况，施工期灌浆时采取必要的支护措施。
2 计算方法首先采用理正岩土计算软件进行受力分析计算，然后在软件计算结果的基础上进行配筋计算。
2.1 参数取值⑴基本参数衬砌断面类型： 圆拱直墙形 底板半宽： 1.150(m) 底板厚度： 0.300(m) 侧墙高度： 1.550(m) 侧墙厚度： 0.300(m) 顶拱半中心角： 90.000(度) 顶拱拱脚厚度： 0.300(m) 顶拱拱顶厚度： 0.300(m) 底板围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 侧墙围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 顶拱围岩弹抗系数： 100.000(MN/m3) 衬砌的弹性模量： 25500.000(MPa)外水压力折减系数(β)： 0.400 混凝土等级： C20 纵筋等级： Ⅲ级⑵围岩压力计算①垂直、水平均布围岩压力根据地质资料，隧洞围岩物理力学参数值见下表：隧洞围岩参数建议值表根据《水工隧洞设计规范SL279-2002》6.2.4规定和表2.1-1计算围岩压力：垂直方向 B q r v γ)3.0~2.0(=水平方向 H q r h γ)1.0~05.0(= 式中 v q ——垂直均布围岩压力，kN/m2； h q ——水平均布围岩压力，kN/m2；r γ——岩体重度，kN/m3； B ——隧洞开挖宽度，m ；H ——隧洞开挖高度，m 。
计算表格如下表：围岩压力计算表表2.1-2注：式B q r v γ)3.0~2.0(=、H q r h γ)1.0~05.0(=中，系数分别取为0.3、0.1。
②底部围岩压力按整体计算隧洞单位米长断面受力情况，则 底部围岩压力=v q +1m 长衬砌自重/计算宽度=19.5+（π×1.15+2×1.55+2.3）×0.3×25/2.3=48.89 kN/m 2 ⑶外水压力：取5m 计。
⑷灌浆压力：200kPa 。
2.2计算简图图2.2-1 计算简图3理正计算结果理正软件计算得出的弯矩、轴力、剪力图如下：图3-1 轴力图（单位：kN）图3-1 剪力图（单位：kN ）图3-1 弯矩图（单位：kN·m）4衬砌配筋计算4.1计算情况取1m长断面进行计算，按下列几种情况分别进行计算，取最大值最为最终结果。
配筋参数表计算参数：C20砼，fc=9.6 N/mm 2；HRB400钢筋，fy=fy ’=360 N/mm 2；断面b ×h=1000mm ×300mm ，h 0=h-a=300-50=250mm ；a s =a s ’=50mm 。
4.2 偏心受压计算4.2.1 η取值计算偏心距增大系数η值时，将无压隧洞衬砌的顶拱连同侧墙近似作为一个无铰拱结构考虑，其拱轴线长度S 采用顶拱长加一个侧墙长。
根据《水工混凝土结构设计规范（DL/T 5057-2009）》9.3.9规定，η按下式进行计算：212000/140011ζζη⎪⎭⎫ ⎝⎛+=h l h e （4.2.1-1）NAf d c γζ5.01=（4.2.1-2） hl 0201.015.1-=ζ （4.2.1-3）式中：0e ——轴向力对截面重心的偏心距，在式（4.2.1-1）中，当30/00h e <时，取30/00h e =；0l ——构件的计算长度，无铰拱结构S l 36.00=；h ——截面高度，300mm ；0h ——截面有效高度，mm a h h 250503000=-=-=；A ——构件的截面面积，1000×300=3×105 mm 2；1ζ——考虑截面应变对截面曲率的影响系数，当1ζ>1时，取1ζ=1.0；2ζ——考虑构件长细比对截面曲率的影响系数，当15/0<h l 时，取2ζ=1.0。
当构件长细比h l /0（或d l /0）≤8时，可取η=1.0。
故S=π×1.15+1.55=5.16m l 0=0.36S=0.36×5.16=1.86m82.6300/1860/0<==h l ，短柱，取η=1.01、mm h mm e 783.01071070.100=>=⨯=η，大偏心受压2、mm h mm e 783.021210.100=<=⨯=η，小偏心受压3、mm h mm e 783.02882880.100=>=⨯=η，大偏心受压4.2.2 配筋计算1、大偏心受压：s a he e -+=20η=107+150-50=207mm 取N N d u γ==1.2×33.7×103=40400N ，ξ=ξb=0.518)()5.01(020'-'--='s y c d s a h f bh f Ne A ξξγ250360)518.05.01(518.025010006.9207404002⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯=<0按最小配筋率：20min 5002501000%20.0mm bh A s =⨯⨯=='ρ22025010006.920050036010740400)(⨯⨯⨯⨯-⨯='-''-=bh f a h A f Ne c s s y d s γα<0ξ< 0 则：'+-='s a h e e 20η=107-150+50=7mm 200360740400)(0⨯⨯='-'=s y d s a h f e N A γ=3.9mm 2<0min bh ρ按最小配筋率：20min 5002501000%20.0mm bh A s =⨯⨯==ρ 2、小偏心受压：s a he e -+=20η=21+150-50=121mm 取20min 5002501000%20.0mm bh A s =⨯⨯==ρ取N N d u γ==1.2×52.2×103=62640N ，0224Ah ACB B -+-=ζ其中：A=0.5fcb=0.5×9.6×1000=4800mm 2518.08.0250/5015003605010006.9)8.0/1(0--⨯⨯+⨯⨯-=-'-+'-=b s s y s c h a A f ba f B ζ =30638bs s y s d a h A f a e h N C ζηγ-'--'---=8.0)(8.0)5.0(00=-62640×(0.5×300-21-50)-360×500×0.8×200/(0.8-0.518) =-1.1×108则：25048002101.1480043063830638248202⨯⨯⨯⨯⨯++-=-+-=Ah AC B B ζ =0.59<1.6-ξb)()5.01(020'-'--='s y c d s a h f bh f Ne A ξξγ250360)59.05.01(59.025010006.9121626402⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯=<0按最小配筋率：20min 5002501000%20.0mm bh A s =⨯⨯=='ρ 3、大偏心受压：s a he e -+=20η=288+150-50=388mm 取N N d u γ==1.2×63.2×103=75840N ，ξ=ξb=0.518)()5.01(020'-'--='s y c d s a h f bh f Ne A ξξγ250360)518.05.01(518.025010006.9388758402⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯=<0按最小配筋率：20min 5002501000%20.0mm bh A s =⨯⨯=='ρ22025010006.920050036038875840)(⨯⨯⨯⨯-⨯='-''-=bh f a h A f Ne c s s y d s γα<0 ξ< 0 则：'+-='s a h e e 20η=288-150+50=188mm 20036018875840)(0⨯⨯='-'=s y d s a h f e N A γ=198.0mm 2<0min bh ρ 按最小配筋率：20min 5002501000%20.0mm bh A s =⨯⨯==ρ4.3 受弯计算取底板弯矩最大设计值计算：262025010006.9102.182.1⨯⨯⨯⨯==bh f Mc d s γα=0.036 037.0036.0211211=⨯--=--=s αξ<ξb=0.518360250037.010006.90⨯⨯⨯==y c s f h b f A ξ=246.7mm 2<0min bh ρ 按最小配筋率：20min 5002501000%20.0mm bh A s =⨯⨯==ρ4.4 计算结果侧墙、顶拱和底板均按照最小配筋率选配钢筋，选配的单侧受力钢筋截面面积不得小于500mm 2。