1、MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 第一部 分 混凝土 或砌体衬 砌 截面验算 混凝土 或砌 体衬 砌主 要做 抗压和 抗拉 验算 。 一 、公 路规范 （JTG D70-2004 ，9.2.10 、9.2.11、9.2.12 ） 采用破 损阶 段法 根据轴 向力 偏心 距e 0 抗拉强度验算 抗压强度验算 h 2 . 0 e h 2 . 0 e 0 0 判断 采用哪 种验 算方 式： （一）抗压强度验算 bh R KN （1-1） 参数说 明： 1 、安全 系数 K 值 得选取 （9.2.4-1 ） （附表 1 ） 2 、轴向 力 N 从计算 结果中 读取 3 、纵向 弯曲系 数 对于隧
2、道衬砌取 1 4 、 与e 0 3 0 2 0 0 ) h / e ( 444 . 15 ) h / e ( 569 . 12 ) h / e ( 648 . 0 1 + + = /h 有关 系 （表 9.2.11-2 ） 5 、混凝 土或砌 体的抗压 极限强度 R （表 5.2.9 和表 5.2.14） （附表 2 ） 6 、截面 信息 b 、h 从程序 中调取 （二）抗拉强度验算 h 1 h e 6 bh R 75 . 1 KN 0 1 （1-2） 材料参 数同 上 注： 安全系 数 K 和需 要的验 算内 容也有关 系 总结 （1）需要 输入 参数 ： 材料种类和材料的等级、荷载 种类
3、（2）需要 读入 参数 ：M ，N ，截面信息 b 、h （3）需要 输出 参数 ： 是否满足验算，轴向力偏 心距e 0MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 二、 铁 路规范 （TB10003-2005 ，10.1.5、10.2.1 、10.3.1） A. 破损阶 段法 计算公 式和 参数 设置 同公 路规范 B. 概率极 限状 态法 设计 6 1 h / e 0 时，需 要进 行抗 压、 抗裂 验算 6 1 h / e 0 时，只 需要 进行 抗压 验算 （一 ）抗压验算（10.2.1 ） Rc ck k sc / bhf N （二 ）抗裂验算（10.3.1 ） Rc ctk 2 0 k s
4、c / f bh 75 . 1 ) h e 6 ( N 参数说 明： 1 、混凝 土衬砌 构件抗压 验算时作 用效应分 项系数 sc 和 抗力 分项系 数 Rc （表 10.2.1-1 ） （附表 3 ） 2 、轴向 力N k 3 、 从模型 中读取 h b 、 、 、 同上 4 、 ck f 抗压 强度标 准值 ， ctk f 抗拉 强度标 准 值（表 5.2.1 ） （ 附表 4 ） 总结 （1）需要 输入 参数 ： 材料种类和材料的等级、隧道 类型 、验算方法、使 用哪 种方法验算 （2）需要 读入 参数 ：M ，N ，截面信息 b 、h （3）需要 输出 参数 ： 是否满足验算，轴向力
5、偏 心距e0验算流 程见 附录 MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 第二部 分 钢筋混 凝土衬砌 设计 截面验算 一 、公 路规范 （JTG D70-2004 ，9.2.14、9.2.15、附 录 K ） （一）抗弯验算（K.0.1-1 ，K.0.1-2 ） ) h ( A R ) 2 / x h ( bx R KM 0 g g 0 W + （当 2 x 时 ) 2 / x h ( bx R KM 0 W ） 2 0 w bh R 5 . 0 KM 其 中： = h h 0b R ) A A ( R x w g g g = （ 0 h 55 . 0 x 且 2 x ） 参数说 明： 1 、
6、K 安 全系数 （表 9.4.4-2 ，附表 5 ） 2 、 弯矩 M 、截面信 息 b 、h 3 、 混 凝土弯曲 抗压强 度标准 值R w （表 5.2.9, 附表 2-1 ） 、钢筋的 抗拉 或抗压计 算强度 标准值R g 4 、 A （表 5.2.5 ， 附表 6 ） g、A g （二）抗压验算（K.0.8 ，K.0.9 ，K.0.10 ） 、a 、a 需要 读入截面配 筋信息 x 通过 ) 2 / x h e ( bx R ) e A e A ( R 0 w g g g + = 确定 其中： + = 2 / h e e 0 对于隧 道衬 砌来 说 取 1 + + = h e e 当
7、0 h 55 . 0 x 大偏心受压构件 ) A A ( R bh R KN g g g w + （轴力 ） 或： MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 ) a h ( A R ) 2 / x h ( bx R KNe 0 g g 0 w + （弯 矩） 当 0 h 55 . 0 x 小偏心受压构件 ) a h ( A R bh R 5 . 0 KNe 0 g g 2 0 a + 当 0 e 时， 还需 要验 算 ) a h ( A R bh R 5 . 0 e KN 0 g g 2 0 a + 参数其他 同前 1 、 a R 混凝 土 抗压 强度标准 值（表 5.2.9, 附表 2-1 ）
8、（三）裂缝验算（K.0.11 ，K.0.12 ） 毫米 2 . 0 E / ) / d 1 . 0 C 7 . 2 ( s s te s max + = 参数说 明： 1 、构件 受力特 征系数 ： 轴心受拉-2.7 ； 受弯和 偏心受压 构件-2.1 ；偏心受 压构件-2.4 2 、裂缝 间纵向 受拉钢筋 应变不均 匀系数 ， 小于 0.4 时取 0.4 ；大 于 1 时取 1 ；直接 承受重 复荷 载的构件 取 1 ) /( f 65 . 0 1 . 1 s te ctk = 3 、纵向 受拉钢 筋表面特 征系数 ： 螺纹钢筋 0.7 ； 光面钢筋 1.0 4 、最外 层纵向 受拉钢筋 外
9、边缘至 受拉区底 边的距 离 s C ，小于 20mm 时取 20mm 5 、按有 效受拉 混凝土面 积计算的 纵向受拉 钢筋配 筋率 te ， 小于 0.01 时 ，取 0.01 ce S te A / A = 6 、有效 受拉混 凝土截面 面积 bh 5 . 0 A ce = 7 、钢筋 直径 d ，不同 钢筋时取 d= u / A 4 s （u 为 纵向受 拉钢筋 截面周长 的总和） 8 、纵向 受拉钢 筋应力 s 受 弯： ) A h 87 . 0 /( M s 0 s = 偏 心受压： ) z A /( ) z e ( N s s = 0 2 0 h ) ) e / h ( 12 .
10、 0 87 . 0 z = ， 且小于 0.87h 0MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 9 、钢筋 弹性模 量 s E 总结 （1） 输入 参数 ：荷 载种 类 、钢筋 布置 情况 、混 凝土 类型、 抗弯 还是 抗压 （2）读入 参数 ：M 、N 、截面信 息 b 、h （3）输出 信息 ：是 否满 足验算 二 、 铁路 规范 （TB10003-2005 ， 10.2.4 、 10.3.2 、 10.3.3 、 10.3.4 、 11.2.3 、 11.2.10 、 11.2.11 、11.2.12 、附录 K ） A 破损阶 段法 计算公 式和 参数 同公 路隧 道 B 极限状 态法
11、x 通过 0 e A f e A f ) 2 x h e ( bx f s std s scd 0 cmd = + + 确定 其中： sp s 0 y ) e e ( e + + = 对于隧 道衬 砌来 说 取 1 0 e 0.3h 0.12 e 0 0 s ） （ = 0 0 h 3 . 0 e h 3 . 0 e h 时取 x=h 当 b x x MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 （二）小偏心受压构 件 i i 0 b std s scd cmd s A ) 8 . 0 h x ( 8 . 0 f A f bx f N + ) h ( A f ) 2 x h ( bx f Ne 0 s
12、 scd 0 cmd s + ) h ( A f ) 2 h ( bx f ) e e ( 2 h N 0 s scd cmd s 0 s + 注 意： 当 xh 时取 x=h 参数说 明： 1 、 混 凝土弯曲 抗压强 度设计 值 cmd f （表 5.2.2，附表 7 ） 、 钢筋抗 压和抗 压强度设 计值 scd f 和 std f （ 表 5.2.5 ， 附表 6 ） ，钢筋 弹性模 量 s E 210GPa 2 、 弯矩 M 、N 、截 面信息 h 、b 3 、 A g、A g 4 、 、a 、a 需要 读入截面配 筋信息 s 钢 筋混凝土 衬砌构 件检算 分项系 数（表 10.2.
13、4 附表 8 ） （三）裂缝宽度验算 毫米 2 . 0 E / ) / d 08 . 0 C 1.9 ( s s te s max + = 参数说 明： 1 、构件 受力特 征系数 ： 轴心受拉-2.7 ； 受弯和 偏心受压 构件-2.1 ；偏心受 压构件-2.4 2 、裂缝 间纵向 受拉钢筋 应变不均 匀系数 ， 小于 0.4 时取 0.4 ；大 于 1 时取 1 ；直接 承受重 复荷 载的构件 取 1 ) /( f 65 . 0 1 . 1 s te ctk = 3 、纵向 受拉钢 筋表面特 征系数 ： 螺纹钢筋 0.7 ； 光面钢筋 1.0 4 、最外 层纵向 受拉钢筋 外边缘至 受拉区
14、底 边的距 离 s C ，小于 20mm 时取 20mm ；大于 65 时，取 65 5 、按有 效受拉 混凝土面 积计算的 纵向受拉 钢筋配 筋率 te ， 小于 0.01 时 ，取 0.01 ce S te A / A = 6 、有效 受拉混 凝土截面 面积 bh 5 . 0 A ce = 7 、钢筋 直径 d ，不同 钢筋时取 d= u / A 4 s （u 为 纵向受 拉钢筋 截面周长 的总和） MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 8 、纵向 受拉钢 筋应力 s 受 弯： ) A h 87 . 0 /( M s 0 s = 偏 心受压： ) z A /( ) z e ( N s s
15、= 0 2 0 h ) ) e / h ( 12 . 0 87 . 0 z = ， 且小于 0.87h 0 s E 9 、钢筋 弹性模量 210GPa 总结 （1）输入 参数 ： 隧 道类 型 、钢筋 布置 情况 、混 凝土 类型、 验算 方法 （2）读入 参数 ：M 、N 、截面信 息 b 、h （3）输出 信息 ：是 否满 足验算 验算流 程见 附表 MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 第三部 分 钢筋混 凝土 衬砌 截面配筋计算 验算的 反分 析 MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 附录一 参数表 一 、混 凝土衬 砌验 算需要 表格 表- 附 1 混凝土 和砌体 结构的 强度 安全
16、系数 K 材料种类 混凝土 砌体 荷载组合 永久荷载+ 基本可变荷载 永久荷载+ 基本可变荷载+ 其他可变荷载 永久荷载+ 基本可变荷载 永久荷载+ 基本可变荷载+ 其他可变荷载 破坏原因 抗压极限破坏 2.4 2.0 2.7 2.3 抗拉极限破坏 3.6 3.0 表- 附 2-1 混 凝土的 极限强度 （MPa ） 混凝土等级 C15 C20 C25 C30 C40 C50 强度种类 抗压 a R 12 15.5 19.0 22.5 29.5 36.5 弯曲抗压 w R 15.0 19.4 24.2 28.1 36.9 45.6 抗拉 l R 1.4 1.7 2.0 2.2 2.7 3.1
17、表- 附 2-2 砌体 的极 限强度 （MPa ） 强度种类 抗压 抗剪 砌体种类 片石 块石 粗料石 混凝土砌块 强度等级 M7.5 3 0.35 M10 3.5 5.5 8 5.5 0.40 M15 4 6 9 6 0.5 表- 附 3 混凝土 衬砌构 件抗压 验算 各分项系 数 结构类型 单线深埋隧道衬砌 单线偏压隧道衬砌 单线明洞混凝土衬砌 作用效应分项系数 sc 3.95 1.6 2.67 抗力分项系数 Rc 1.85 1.83 1.35 表- 附 4 混凝土 强度标 准 值（MPa ） 强度种类 符号 强度等级 C15 C20 C25 C30 C40 C50 轴心抗压 ck f 1
18、0 13.5 17 20 37 33.5 弯曲抗压 cmk f 11 15 18.5 22 29.5 36 轴心抗拉 ctk f 1.4 1.7 2 2.2 2.7 3.1 MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 二 、钢 筋混凝 土衬 砌验算 需要 表格 附表 5 钢筋混 凝土结 构的强 度安 全系数 荷载组合 永久荷载+ 基本可变 荷载 永久荷载+ 基本可变荷载+ 其他 可 变荷载 破坏原 因 钢筋达到强度或混凝土达到抗压或 抗剪破坏 2.0 1.7 混凝土达到抗拉极限破坏 2.4 2.0 附表 6 钢筋抗 拉和抗 压强度 的设 计值与标 准值（MPa ） 钢筋种类 HPB235 HPB33
19、5 抗拉强度标准值 stk f 235 335（d=825mm）， 315（d=28-40mm ） 抗拉或抗压强度设计值 std f 、 scd f 168 268 附表 7 混凝土 强度设 计值 （MPa ） 强度种类 符号 混凝土强度等级 C15 C20 C25 C30 C40 C50 轴心抗压 cd f 7.5 10.0 12.5 15.0 20.0 25.0 弯曲抗压 cmd f 8.5 11 13.5 16.5 21.5 27.5 轴心抗拉 ctd f 0.93 1.13 1.33 1.47 1.80 2.07 附表 8 钢筋混 凝土衬 砌构件 检算 分项系数 结构类型 单线深埋隧道
20、衬砌 单线偏压隧道衬砌 单线明洞隧混凝土衬砌 分项系数 s 1.8 1.6 1.6 MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 附录二 验算流程 流程图 MIDAS/GTS 衬砌结构设计说明 附录三 输入参数 总结表 类型 名称 说明 整体参 数 规范 公路和 铁路 规范 （选 择） 验算方 法 公路： 破损 阶段 法（ 不可 选择） 铁路： 破损 阶段 法和 极限 状态法 （可 选择 ） 材料 混凝土 和钢 筋混 凝土 （选 择） 验算内 容 混凝土 ：抗 压 钢筋混 凝土 ：抗 弯、 抗压、裂缝 、配 筋估 算 结构类 型 单线深 埋 单线偏 压 单线明 洞 用户自 己输 入 荷载种 类 主要荷 载 主要荷 载+其他荷 载 用户自 己输 入 配筋参 数 混凝土 等级 钢筋等 级 配筋布 置情 况 钢筋位 置、 钢筋 截面 面积 其他参数 纵向弯 曲系 数 默认 为 1， 用户 也可 以自 己输入 混凝土 衬砌 抗压 验算 效应分 项系 数 sc 抗力分 项系 数 Rc 默认根 据结 构类 型， 用户 可以自 己输 入
