一种隧道钢筋混凝土衬砌截面钢筋面积的设计方法与流程

技术特征：

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)。