盾构管片螺栓力学计算c

管片螺栓复核计算

对管片纵向、环向螺栓均为机械强度为5.8级或6.8级的M24及5.8级M30螺栓的各工况进行验算。验算螺栓纵、环向螺栓应考虑如下几种情况：纵向螺栓应考虑的是地震产生横波而产生的水平惯性力验算螺栓、纵向连接螺栓验算。环向螺栓主要是考虑管片受力后产生的剪力及弯矩与轴力产生偏心作用，同时亦要计算管片之间剪力验算。

1、

纵向螺栓的验算：

1) 地震工况验算：

地震动的横波与隧道纵轴正交或地震动的纵波与隧道纵轴平行，都会沿隧道纵向产生水平惯性力，使结构发生纵向拉压变形，其中以横波产生的纵向水平惯性力为主，取波长为160m，一半由管片及螺栓传递，：震系数KhTncKh(80W)本区间位于7度地区，水平地nc=0.1，综合影响系数，考虑到本段区间地层复杂，因此=1。 其拉力为： TncKh(80W)=0.1*1*(80*134.3)=1074.4KN 按抗震规范5.4.1，抗震不考虑得要性系系1.1，荷载分项系数取1.3,抗震规范51.31074.4=1187.2KN 纵向采用10根M24承受拉力，截面积A2＝353mm2 T1187.2*103336.3N/mm2 σ==10*353nA纵向采用10根M30承受拉力，截面积A2＝561mm2 T1187.2*1032σ==211.6N/mm 10*561nA因此采用10根M24或M30均可满足抗地震要求。

2）纵向连接螺栓验算： 区间：

环与环连接螺栓剪力图：最大剪力为3.4KN 区间：

环与环连接螺栓剪力图：最大剪力为4.8KN

从计算管片的环与环剪力图中可知，此工况剪力较小，此工况不为控制工况。 3)、不均匀地基轴向变形验算

施工中图已对隧道通过下部存在的软弱土层采用了袖阀管注浆进行地层固，处理后的地基相对均匀，因此不再考虑其不均匀地基的影响。 二、环向螺栓的验算： xx区间每环管片计算的相应弯矩、轴力、纵向剪力汇总如下：(单位：M=KN.m；N=KN，V=KN) 右线断面一 M N V M N V M N V M N V M N V M N V 86.60 591.20 178.40 80.90 657.60 176.10 106.80 494.20 158.80 86.30 676.10 182.10 108.50 757.30 207.20 100.60 485.60 153.60 -48.80 709.20 30.20 -37.50 776.10 50.10 -42.40 587.30 -3.50 -39.20 800.20 49.40 -44.60 885.10 44.30 -40.50 574.80 -0.10 -2.70 813.30 155.00 -11.50 882.00 167.00 -11.10 674.70 177.10 -16.40 910.60 173.30 -20.80 990.40 205.10 -8.40 661.30 170.60 65.50 -42.60 3.70 818.90 83.30 25.00 70.60 -43.60 696.20 885.50 86.20 50.10 91.90 -88.80 612.90 694.00 80.30 10.50 78.00 -49.00 691.00 917.60 80.60 .10 99.40 -84.50 765.90 1011.20 88.80 52.60 85.50 -77.50 611.70 677.90 82.20 10.60 -52.90 862.10 29.40 -49.20 912.10 44.60 -90.10 705.60 22.00 -53.80 944.60 53.50 -76.30 1037.90 58.40 -84.00 6.00 19.30 右线断面二 右线断面三 左线断面一 左线断面二 左线断面三 dd区间每环管片计算的相应弯矩、轴力、纵向剪力汇总如下：(单位：M=KN.m；N=KN，V=KN) 右线断面一 m n v m n v 84.80 691.60 178.10 71.50 508.10 139.60 -34.40 773.90 46.60 -30.40 593.70 29.60 7.10 858.00 187.60 -7.40 673.20 139.60 65.20 852.70 128.90 61.70 0.80 67.70 -53.40 868.20 29.90 -44.80 681.50 29.10 -61.60 882.10 16.40 -50.10 702.70 29.80 右线断面二 右线断面三 m n v m n v m n v m n v 112.20 536.50 173.80 132.30 674.80 214.00 83.30 532.40 152.50 103.30 574.00 170.80 -47.90 7.40 0.40 -55.40 797.00 -3.40 -35.90 621.50 22.40 -41.40 678.80 15.20 计算示意图 左线断面一 左线断面二 左线断面三 -11.90 738.60 184.40 -19.90 2.80 221.60 -3.30 700.10 157.30 -16.80 7.80 178.30 94.80 -85.50 -90.70 613.20 762.90 782.90 77.00 13.50 28.10 128.00 -106.40 -123.20 786.80 927.10 943.20 99.10 18.10 35.70 67.60 -55.60 -62.40 598.90 713.60 734.80 80.80 20.70 22.80 92.10 -75.40 -80.60 596.70 786.60 808.80 68.30 26.70 39.60 取其中偏心矩最大的内拉及外位两种情况：内拉：M=106.8N=494.2；外拉：M=-90.1N=705.6 a)内拉验算： 取用6.8级M24进行验算，但考虑到螺纹段只在螺母才有，因此螺栓面积按采用A=452mm2 计算公式: Rg=e+（150-120） nAgRg*420-fcbx(x/2+(e-150))=0 得x X=nAgRg+KN=fbx cK=(fcbx-AgRg)/N>1.55即为符要求 计算结果汇总如下: 右线断面一 右线断面二 右线断面三 M N V eo 安全系数 M N V eo 安全系数 M N V eo 安全系数 86.60 -48.80 -2.70 591.20 709.20 813.30 178.40 30.20 155.00 0.146 -0.07 0.00 3.21 - - 80.90 -37.50 -11.50 657.60 776.10 882.00 176.10 50.10 167.00 0.12 -0.05 -0.01 4.21 - - 106.80 -42.40 -11.10 494.20 587.30 674.70 158.80 -3.50 177.10 0.22 -0.07 -0.02 1.52 - - 65.50 -42.60 -52.90 3.70 818.90 862.10 83.30 25.00 29.40 0.10 -0.05 -0.06 5. - - 70.60 -43.60 -49.20 696.20 885.50 912.10 86.20 50.10 44.60 0.10 -0.05 -0.05 5.48 - - 91.90 -88.80 -90.10 612.90 694.00 705.60 80.30 10.50 22.00 0.15 -0.13 -0.13 2.93 - - ss 区间 左线断面一 左线断面二 左线断面三 右线断面一 右线断面二 右线断面三 左线断面一 左线断面二 左M N V eo 安全系数 M N V eo 安全系数 M N V eo 安全系数 m n v eo 安全系数 m n v eo 安全系数 m n v eo 安全系数 m n v eo 安全系数 m n v eo 安全系数 m 86.30 -39.20 -16.40 676.10 800.20 910.60 182.10 49.40 173.30 0.13 -0.05 -0.02 3.81 - - 108.50 -44.60 -20.80 757.30 885.10 990.40 207.20 44.30 205.10 0.14 -0.05 -0.02 2. 100.60 485.60 153.60 0.21 1.70 84.80 691.60 178.10 0.12 4.03 71.50 508.10 139.60 0.14 4.10 112.20 536.50 173.80 0.21 1.51 145.40 674.80 214.00 0.22 1.12 83.30 532.40 152.50 0.16 3.05 103.30 - -40.50 574.80 -0.10 -0.07 - -34.40 773.90 46.60 -0.04 - -30.40 593.70 29.60 -0.05 -47.90 7.40 0.40 -0.07 - -55.40 797.00 -3.40 -0.07 - -35.90 621.50 22.40 -0.06 - -41.40 - -8.40 661.30 170.60 -0.01 - 7.10 858.00 187.60 0.01 - -7.40 673.20 139.60 -0.01 -11.90 738.60 184.40 -0.02 - -19.90 2.80 227.60 -0.02 - -3.30 700.10 157.30 0.00 - -16.80 78.00 -49.00 -53.80 691.00 917.60 944.60 80.60 .10 53.50 0.11 -0.05 -0.06 4.68 - - 99.40 -84.50 -76.30 765.90 1011.20 1037.90 88.80 52.60 58.40 0.13 -0.08 -0.07 3.25 85.50 611.70 82.20 0.14 3.46 65.20 852.70 128.90 0.08 - 61.70 0.80 67.70 0.11 5.87 94.80 613.20 77.00 0.15 2.72 128.00 786.80 99.10 0.16 1.87 67.60 598.90 80.80 0.11 5.40 92.10 - -77.50 677.90 10.60 -0.11 - -53.40 868.20 29.90 -0.06 - -44.80 681.50 29.10 -0.07 -85.50 762.90 13.50 -0.11 - -106.40 927.10 18.10 -0.11 - -55.60 713.60 20.70 -0.08 -75.40 - -84.00 6.00 19.30 -0.12 - -61.60 882.10 16.40 -0.07 - -50.10 702.70 29.80 -0.07 -90.70 782.90 28.10 -0.12 - -123.20 943.20 35.70 -0.13 - -62.40 734.80 22.80 -0.08 - -80.60 雷海 区间 线断面三 n 574.00 678.80 7.80 v 170.80 15.20 178.30 eo 0.18 -0.06 -0.02 安全系数 2.01 - - 596.70 786.60 808.80 68.30 26.70 39.60 0.15 -0.10 -0.10 2.81 - - 从计算可知，要采用6.8级M24螺栓后，dd区间接头均可满足要求，但xx区间部分不能满足要求，采用M30后核算安全系数分别为2.06及1.55。 b)外拉验算

dd区间，取偏心矩最大的进行外拉验算。

M= N= Eo= 属大偏心 -90.1 705.6 0.127 > 0.3h0=0.09 衬砌外侧位于受拉区，接头处不承受拉力，故按假定断面进行验算：其计算高度为h=120+35=155mm e’0=e0-(150-155)-155/2=.5mm>0.3h0=36mm 取用M24进行验算Ag=452mm2 M02*452mm*420N/mm*97mm-23.1N/mm*1500*x(x/2-23)=0 222得x1=73.53mm；x2=-27.53mm故取x1=73.53mm X=nAgRg+KN=fbx cK=(fcbx-AgRg)/N =(23.1N/mm2*1500*73.53-2*452mm2*400N/mm2)/(705.6*103) =3.12＜1.55所以符合要求 采用M24已满足要求最不利的工况。 xx区间情况如下: M= -123.20 N= 943.20 Eo= 0.131 属大偏心 > 0.3h0=0.09 衬砌外侧位于受拉区，接头处不承受拉力，故按假定断面进行验算：其计算高度为h=120+35=155mm

e’0=e0-(150-155)-155/2=.5mm>0.3h0=36mm 取用M24进行验算Ag=452mm2

M02*452mm*420N/mm*97mm-23.1N/mm*1500*x(x/2-23)=0

2

2

2

得x1=68.9mm；x2=-22.9mm故取x1=68.9mm

X=nAgRg+KN=fbx

c

K=(fcbx-AgRg)/N

=(23.1N/mm2*1500*68.9-2*452mm2*400N/mm2)/(943.2*103) =2.34＜1.55

采用M24已满足要求最不利的工况。 c) 抗剪验算：

从管片计算块与块之间存在剪力，每块之间采用两根的螺栓连接，其剪力由两根螺栓承担，分别对5.8级与6.8级M24、5.8级M30计算其最大剪力。 2采用5.8级M24螺栓抗剪强度按ftb0.4fub0.4*500=200N/mm 采用2根M24承受拉力，截面积A＝2*452mm2=904mm2 承受剪力为:200N/mm2*706mm2=180.8KN 采用6.8级M24螺栓抗剪强度按ftb0.4fub0.4*600=240N/mm2 承受剪力为:240N/mm2*904mm2=217KN 采用2根5.8级M30截面积A＝2*706.85mm2=1413.7mm2 承受剪力为:200N/mm2*1413.7mm2=282.7KN