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1、地地下混凝土课程设计题目：钢筋混凝土地下通道设计学院：土木工程班级：09级（11）班姓名：张逸帆学号：090997指导老师：柳献一、设计题目（1）设计任务1、将某浅埋地下通道结构进行结构设计。2、确定结构构件的截面尺寸。3、确定结构的计算简图。4、各构件的荷载、内力及配筋计算。5、手绘和计算机绘制结构配筋图。（2）基本资料某浅埋地下通道结构尺寸示意图如下所示。1、埋置深度：3.5m。2、地下水位：自然地面以下1.0m。3、土层：粉质粘土，重度、内摩擦角、粘聚力分别为1=18kN/m3，c1=10kN/m2，1=15。土层：淤泥质粘土，重度2=17kN/m3，计算时考虑内摩擦角和粘聚力分别在一定
2、范围内变化：c2=1015kN/m2，2=815。4、土层厚度以埋置深度为界。5、地面超载：30kN/m2。6、水土压力分项系数：1.2。7、地面超载荷载分项系数：1.2。8、混凝土强度等级为C30；重度为25kN/m3 ；弹性模量为1.4104MPa；泊松比为0.167。9、钢筋等级为HPB335。10、地基变形模量为50MPa；泊松比为0.3。（3）计算假定1、结构刚度远大于地基土的刚度。2、不考虑结构侧向位移。3、计算时忽略加腋的影响。4、考虑荷载最不利组合。（4）参考规范1、混凝土结构设计规范GB50010-20102、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-20043
3、、公路桥涵地基与基础设计规范JTGD63-20074、公路桥涵设计通用规范JTG D60-20045、建筑结构制图标准GBT501052001二、荷载计算（1）顶板荷载计算1、覆土压力：q土=ihi=181+18-102.5=38 kN/m22、水压力：q水=ihw=102.5=25 kN/m23、顶板自重： qG= d=250.6=15kN/m24、底面超载： q=30 kN/m2综上所述，q顶=1.238+25+15+30=129.6 kN/m2（2）板底荷载计算q底=q顶+1.2PL=129.6+1.2(20.6+0.4)135.425=149.54 kN/m2（3）地基反力计算地下通道
4、结构刚度远大于地基土的刚度，故假定地基反力为直线分布。q反=q底+1.2d=167.54 kN/m2（4）侧墙荷载计算根据朗肯主动土压力计算方法，计算土中侧向土压力。并且用土水分算法，计算侧向水压力。1、侧向土压力主动土压力Pa=z+qka-2cka其中ka为主动土压力系数ka=tan2(45-2)顶板处土压力Pa1=z+qka-2cka=(181+82.5+70.3+30)ka-2cka =70.1ka-2cka底板处土压力Pa2=z+qka-2cka=(181+82.5+76.3+30)ka-2cka =112.1ka-2cka由于计算时，要考虑内摩擦角和粘聚力分别在一定范围内变化：c2=
5、1015kN/m2，2=815，Ka=0.590.76（正切曲线在045内单调递增）考虑荷载的不利组合土压力与内摩擦角和粘聚力值有关，当使顶板跨中正弯矩最大：c、 值取大值，侧墙水土压力变小当使侧墙跨中正弯矩最大：c、 值取小值，侧墙水土压力变大即求上两式的最大与最小值的问题。当Ka=0.76，c2=10 kN/m2，2=8，主动土压力取最大值： 顶板处土压力Pa1=70.1ka-2cka=35.84 kN/m2 底板处土压力Pa2=112.1ka-2cka=67.76 kN/m2当Ka=0.59，c2=15 kN/m2，2=15，主动土压力取最小值： 顶板处土压力Pa1=70.1ka-2ck
6、a=18.32 kN/m2 底板处土压力Pa2=112.1ka-2cka=43.10 kN/m22、侧向水压力顶板处水压力Pw1=wh=0.7102.5=19.6 kN/m2底板处水压力Pw2=wh=0.7108.8=61.6 kN/m2综上所述,最小侧压力为： P侧1=1.2Pa1+Pw1=37.92 kN/m2P侧2=1.2Pa2+Pw2=104.7 kN/m2最大侧压力为： P侧1=1.2Pa1+Pw1=44.44 kN/m2P侧2=1.2Pa2+Pw2=129.36 kN/m2三、内力计算（1）弯矩分配法计算内力1、计算简图地下通道纵向较长，横向较短，结构所受荷载沿纵向的大小近于不变，
7、故在不考虑结构纵向不均匀变形的情况下，将此结构按照平面应变问题处理。沿纵向取单位长度（1m）的截条，当做闭合框架计算，忽略加腋的影响。忽略中隔墙面积稍小于其他墙体，将杆件简化为等截面杆。同时，由于中隔墙刚度相对较小，侧向力并不十分大，认为中隔墙与上下板的连接方式为铰接，即只能承受轴力的二力杆。计算跨度取中轴线中心至中心距离。得，侧墙计算跨度6m，顶板与地板计算跨度为6.2m。在弯矩分配时，不考虑线位移的影响，所以除中隔墙之外所有构件EA认为无穷大，EI=1.410101120.631=252000 kNm2。对中隔墙，EI认为是0，EA=1.410100.61=8400000 kN。由荷载计算
8、可见，顶板荷载和地基反力并不平衡，但由于侧壁摩阻力存在，使其保持平衡。所以在侧壁下设置活动铰支座。同时在中隔墙下，设置铰支座。运用结构力学求解器，其代码如下：最小侧摩阻力：结点,1,-6.2,0结点,2,0,0结点,3,6.2,0结点,4,-6.2,6结点,5,0,6结点,6,6.2,6单元,1,2,1,1,1,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,1,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,3,1,1,1,1,1,1单元,2,5,1,1,0,1,1,0结点支承,1,1,0,0结点支承,3,3,0,0,0结点支承
9、,2,1,0,0单元荷载2,4,5,3,129.6,0,1,90单元荷载2,1,2,-3,167.54,0,1,90单元荷载,3,5,104.7,37.92,0,1,90单元荷载,6,5,37.92,104.7,0,1,90单元材料性质,1,6,-1,252000,0,0,-1单元材料性质,7,7,8400000,1,0,0,-1最大侧摩阻力：结点,1,-6.2,0结点,2,0,0结点,3,6.2,0结点,4,-6.2,6结点,5,0,6结点,6,6.2,6单元,1,2,1,1,1,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,1,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,
10、1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,3,1,1,1,1,1,1单元,2,5,1,1,0,1,1,0结点支承,1,1,0,0结点支承,3,2,0,0,0结点支承,2,1,0,0单元荷载2,4,5,3,129.6,0,1,90单元荷载2,1,2,-3,167.54,0,1,90单元荷载,3,5,129.36,44.44,0,1,90单元荷载,6,5,44.44,129.36,0,1,90单元材料性质,1,6,-1,252000,0,0,-1单元材料性质,7,7,8400000,1,0,0,-1其计算简图如下：2、内力计算（最小侧压力）弯矩图剪力图轴力图3、内力计算（最大侧压力）弯矩
11、图剪力图轴力图（2）弹性地基梁计算内力1、计算简图考虑到上部结构与土体共同工作。采用超静定结构的上部刚架结构与弹性地基梁底板作为基本结构。将上部结构与底板分开计算，再按照切口处反力或变形相等，用位移法或力法解出切口处的未知位移或未知力，并绘制出内力图。计算简图如下：（计算跨度、荷载同弯矩分配法计算简图）其结构力学求解器中代码如下：结点,1,-6.2,0结点,2,0,0结点,3,6.2,0结点,4,-6.2,6结点,5,0,6结点,6,6.2,6单元,1,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,3,1,1,1,1,1,1单元,2
12、,5,1,1,0,1,1,0结点支承,1,4,0,0,0结点支承,3,4,0,0,0单元材料性质,1,4,-1,252000,0,0,-1单元材料性质,5,5,8400000,1,0,0,-12、内力计算该结构的力法方程式简化为：其中，ij的意义为j对应的单位力作用下引起i处的位移。包括两部分的位移，一是在上部刚架上，单位力j引起i处发生的位移ij；二是在单位力j作用下，考虑弹性地基引起的位移引起的i处发生的位移bij。即ij的表达式为：同理，ip也是有两部分组成。如下式，ip是上部刚架在外荷载作用下产生的位移（不包括底板）；而bip是底板按弹性地基梁在外荷载q作用下算出的对应于单位力i 的位
13、移。即ip的表达式为：ij与ip的计算根据结构力学知识，ij与ip可通过图乘法计算。在X1作用下的弯矩图（X1=1）在X2作用下的弯矩图（X2=1）在外荷载作用下的弯矩图(由于侧壁弯矩很小，取最小侧压力，使顶板和底板弯矩最大进行验算)由X1作用下的弯矩图（X1=1）、X2作用下的弯矩图（X2=1）、外荷载作用下的弯矩图，经过图乘法的计算，得：11=3.76EI12=-2.34EI21=-2.34EI22=21.92EI1P=350.53EI2P=-14234EIbij的计算将底板看作弹性地基梁，其柔度指标：=4kb4EI其中，k为地基基床系数，根据基础工程设计原理表1-1 取k=5000KN/
14、m3；b=1m；EI=1.410101120.631=252000 kNm2。因此，=4kb4EI=4150004252000=0.256则l=0.25613=3.328，按照基础工程设计原理中弹性地基梁的分类，按无限长梁计算。弯矩以顺时针方向为正，剪力以向下为正。X1对应的弹性地基梁（梁高0.6m）计算模型为：根据基础工程设计原理表3-4，在集中力偶作用下A点处转角及F点竖向位移为：A=4M03bkDxwf=-2M02bkCX其中Cx=e-x(cosx-sinx)，Dx=e-xcosx均为x的函数，其值可根据x的值按照基础工程设计原理中表3-5 取得。另外，统一刚度的单位，得bk=5000KN/m2=0.02EI。带入公式，得：A1=4M03bkDx=4
