CN106529004A - 一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法，以有效提高隧道钢筋混凝土衬砌的设计计算效率，具有快速、准确的特点。当衬砌截面偏心距大于0.55倍有效截面高度时，将最大裂缝宽度限值ω_max作为已知参数，然后根据不同情况分别进行计算，从而得到衬砌截面满足最大裂缝宽度限值ω_max要求的受拉区纵向钢筋截面面积A_s。

Description

一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法

技术领域

本发明涉及一种隧道，特别涉及一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积(配筋量)的设计方法。

背景技术

隧道钢筋混凝土衬砌结构设计时，根据设计荷载计算衬砌截面内力，然后根据截面内力及规范中规定的安全系数计算得到满足承载力要求的钢筋面积，当衬砌截面偏心距大于0.55倍有效截面高度时，还需满足最大裂缝宽度要求。

最大裂缝宽度检算的传统方法是首先根据满足承载力要求的钢筋面积(配筋量)计算衬砌截面的最大裂缝宽度，若最大裂缝宽度不大于规定的最大裂缝宽度限制值，则该钢筋面积(配筋量)即满足设计要求；若最大裂缝宽度大于其限制值，则需再次调整钢筋面积(配筋量)后重新计算最大裂缝宽度直到其不大于规定的限制值，调整后的最终钢筋面积(配筋量)即为满足设计要求的截面钢筋面积(配筋量)。由此可见，传统设计方法是通过假定衬砌截面钢筋面积(配筋量)来试算最大裂缝宽度，将试算值与限制值对比，逐步增大钢筋面积，最终满足裂缝限制要求。当最大裂缝宽度控制衬砌截面钢筋面积(配筋量)时，采用传统方法计算可能需要多次反复计算得到钢筋面积(配筋量)，计算过程较为繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法，以有效提高隧道钢筋混凝土衬砌的设计计算效率，具有快速、准确的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明涉及的一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法，其特征是：当衬砌截面偏心距大于0.55倍有效截面高度时，将最大裂缝宽度限值ω_max作为已知参数，然后根据不同情况分别进行计算，从而得到衬砌截面满足最大裂缝宽度限值ω_max要求的受拉区纵向钢筋截面面积A_s。

本发明有益效果是，通过将最大裂缝宽度限值作为已知参数来计算钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积(配筋量)，仅需进行一个流程的计算便可得到同时满足承载力和最大裂缝宽度要求的截面设计钢筋面积(配筋量)，有效避免了反复调整钢筋面积(配筋量)试算最大裂缝宽度的过程，简化了设计计算过程，提高了钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积设计效率。

附图说明

本说明书包括如下一幅附图：

图1是本发明一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法，当衬砌截面偏心距大于0.55倍有效截面高度时，将最大裂缝宽度限值ω_max作为已知参数，然后根据不同情况分别进行计算，从而得到衬砌截面满足最大裂缝宽度限值ω_max要求的受拉区纵向钢筋截面面积A_s。

参照图1，一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法，按以下步骤进行：

①确定基本计算参数，基本计算数据包括结构计算内力、结构尺寸、建筑材料物理力学参数和最大裂缝宽度限值ω_max；

②计算受拉区纵向钢筋截面面积A_s，按下式计算：

③计算纵向受拉钢筋配筋率ρ_te，将步骤②计算所得的受拉区纵向钢筋截面面积A_s代入下式计算得到ρ_te，若ρ_te≥0.01，则步骤②计算所得的A_s即为所求配筋量；若ρ_te＜0.01，则进入步骤④：

④计算纵向受拉钢筋配筋率ρ_te＝0.01情况下的纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ′，按下式计算：

⑤计算受拉区纵向钢筋截面面积A_s′，根据步骤④计算结果当0.2≤ψ′≤1.0时，按下式计算：

⑥计算受拉区纵向钢筋截面面积A_s″，根据步骤④计算结果当ψ′＜0.2时取ψ′＝0.2，或ψ′＞1.0时取ψ′＝1.0，按下式计算：

上述步骤②～⑥中所涉及计算式中：

ω_max—设计最大裂缝宽度；

A_s—受拉区纵向钢筋截面面积；

α_cr—构件受力特征系数，偏心受压构件取1.9；

c_s—最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉底边的距离，当c_s＜20mm时，取c_s＝20mm；当c_s＞65mm时，取c_s＝65mm；

d_eq—受拉纵向钢筋等效直径；

N_q—按荷载标准或准永久组合计算的轴向力值；

E_s—钢筋的弹性模量；

ρ_te—按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；

f_tk—混凝土轴心抗拉强度标准值；

σ_sq—按荷载标准或准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋应力，

ψ—纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当ψ＜0.2时，取ψ＝0.2，当ψ＞1.0时，取ψ＝1.0；

A_te—有效受拉混凝土截面面积，A_te＝0.5bh(b、h分别为混凝土截面的高度及宽度)；

e—轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离，e＝η_se₀+y₀(η_s为正常使用阶段的轴向压力合力偏心距增大系数，对于衬砌截面取1.0；e₀为轴向力作用点至截面重心的距离，y₀为受拉钢筋合力点至截面重心的距离)；

z—纵向受拉钢筋合力点至截面受压区合力点的距离，且应小于0.87h₀(h₀为截面有效高度)。

本发明通过将最大裂缝宽度限值ω_max作为已知参数来计算钢筋混凝土衬砌截面受拉区纵向钢筋截面面积A_s(配筋量)，仅需进行一个流程的计算便可得到满足最大裂缝宽度限值ω_max要求的截面设计钢筋面积(配筋量)，有效避免了反复调整钢筋面积试算最大裂缝宽度的过程，简化了设计计算过程，提高了钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积设计效率。

Claims (2)

1.一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法，其特征是：当计算单元的截面偏心距大于0.55倍有效截面高度时，将最大裂缝宽度限值ω_max作为已知参数，然后根据不同情况分别进行计算，从而得到衬砌截面满足最大裂缝宽度限值ω_max要求的受拉区纵向钢筋截面面积A_s。

2.如权利要求1所述的一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法，按以下步骤进行：

①确定基本计算参数，基本计算数据包括结构计算内力、结构尺寸、建筑材料物理力学参数和最大裂缝宽度限值ω_max；

②计算受拉区纵向钢筋截面面积A_s，按下式计算：

$A_s=\frac{1.9c_s{\mathrm{\α}}_{cr}{\mathrm{\ψN}}_q(e-z)+\sqrt{{\left(1.9c_s{\mathrm{\α}}_{cr}{\mathrm{\ψN}}_q\right(e-z\left)\right)}^2+0.32E_s{\mathrm{z\ω}}_{\max }{A}_{te}{d}_{eq}{\mathrm{\α}}_{cr}{\mathrm{\ψN}}_q(e-z)}}{2E_s{\mathrm{z\ω}}_{\max }};$

③计算纵向受拉钢筋配筋率ρ_te，将步骤②计算所得的受拉区纵向钢筋截面面积A_s代入下式计算得到ρ_te，若ρ_te≥0.01，则步骤②计算所得的A_s即为所求配筋量；若ρ_te＜0.01，则进入步骤④：

${\mathrm{\ρ}}_{te}=\frac{A_s}{A_{te}};$

④计算纵向受拉钢筋配筋率ρ_te＝0.01情况下的纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ′，按下式计算：

${\mathrm{\ψ}}^{\′}=1.1-\frac{65f_{tk}}{{\mathrm{\σ}}_{sq}};$

⑤计算受拉区纵向钢筋截面面积A_s′，根据步骤④计算结果当0.2≤ψ′≤1.0时，按下式计算：

${A_s}^{\′}=\frac{N_q(e-z)}{{\mathrm{\σ}}_{sq}z};$

⑥计算受拉区纵向钢筋截面面积A_s″，根据步骤④计算结果当ψ′＜0.2时取ψ′＝0.2，或ψ′＞1.0时取ψ′＝1.0，按下式计算：

${A_s}^{\′\′}=\frac{{\mathrm{\α}}_{cr}{\mathrm{\ψ}}^{\′}{N}_q(e-z)(1.9c_s+8d_{eq})}{{\mathrm{z\ω}}_{\max }{E}_s};$

上述步骤②～⑥中所涉及计算式中：

ω_max—设计最大裂缝宽度；

A_s—受拉区纵向钢筋截面面积；

α_cr—构件受力特征系数，偏心受压构件取1.9；

c_s—最外层纵向受拉钢筋外边缘到受拉底边的距离，当c_s＜20mm时，取c_s＝20mm；当c_s＞65mm时，取c_s＝65mm；

d_eq—受拉纵向钢筋等效直径；

N_q—按荷载标准或准永久组合计算的轴向力值；

E_s—钢筋的弹性模量；

ρ_te—按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；

f_tk—混凝土轴心抗拉强度标准值；

σ_sq—按荷载标准或准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉钢筋应力，

ψ—纵向受拉钢筋应变不均匀系数，当ψ＜0.2时，取ψ＝0.2，当ψ＞1.0时，取ψ＝1.0；

A_te—有效受拉混凝土截面面积，A_te＝0.5bh(b、h分别为混凝土截面的高度及宽度)；

e—轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离，e＝η_se₀+y₀(η_s为正常使用阶段的轴向压力合力偏心距增大系数，对于衬砌截面取1.0；e₀为轴向力作用点至截面重心的距离，y₀为受拉钢筋合力点至截面重心的距离)；

z—纵向受拉钢筋合力点至截面受压区合力点的距离，且应小于0.87h₀(h₀为截面有效高度)。