反力架計(jì)算書

反力架計(jì)算書反力架計(jì)算書反力架計(jì)算書反力架計(jì)算書編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:目錄TOC\o"1-2"\h\z\u16494一、設(shè)計(jì)、計(jì)算總說明 12230二、計(jì)算、截面優(yōu)化原則 131913三、結(jié)構(gòu)計(jì)算 119869反力架布置形式 123238力學(xué)模型 224560荷載取值 31136力學(xué)計(jì)算 33365四、截面承載能力復(fù)核 66618截面參數(shù)計(jì)算 68940五、截面優(yōu)化分析 820244六、水平支撐計(jì)算 913745七、螺栓連接強(qiáng)度設(shè)計(jì) 1015628計(jì)算參數(shù)確定 1016404彎矩設(shè)計(jì)值Mmax和剪力設(shè)計(jì)值Vmax 10一、設(shè)計(jì)、計(jì)算總說明該反力架為廣州市地鐵21號(hào)線11標(biāo)[水西站～長平站]盾構(gòu)區(qū)間右線盾構(gòu)機(jī)始發(fā)用。反力架外作用荷載即盾構(gòu)機(jī)始發(fā)的總推力乘以動(dòng)荷載效應(yīng)系數(shù)加所有不利因素產(chǎn)生的荷載總和，以1600噸水平推力為設(shè)計(jì)值。反力架內(nèi)力計(jì)算采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM2005版鋼結(jié)構(gòu)STS模塊為計(jì)算工具。對(duì)于螺栓連接、角焊縫連接處的設(shè)計(jì)，僅僅計(jì)算其最大設(shè)計(jì)彎矩和剪力值，而不作截面形式設(shè)計(jì)，可根據(jù)提供彎矩、剪力設(shè)計(jì)值來調(diào)整截面是否需要做加固處理。二、計(jì)算、截面優(yōu)化原則1、以偏向于安全性的原則。所有計(jì)算必須滿足實(shí)際結(jié)構(gòu)受力的情況，必須滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求。2、在滿足第1項(xiàng)的前提下以更符合經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為修改結(jié)構(gòu)形式、截面參數(shù)等的依據(jù)。3、參照以往施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)，借鑒其成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，以修改和復(fù)核計(jì)算為方向進(jìn)行反力架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4、但凡構(gòu)件連接處除采用螺栓連接外，需要視情況進(jìn)行必要的角焊縫加固，特殊情況下，可增設(shè)支托抗剪、焊鋼板抗彎，以保證連接處強(qiáng)度不低于母體強(qiáng)度。三、結(jié)構(gòu)計(jì)算反力架布置形式由兩根立柱和兩根橫梁以及水平支撐組成。立柱與橫梁采用高強(qiáng)螺栓連接，為加強(qiáng)整體性一般按照以往施工項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)另需在連接處焊接，故所有節(jié)點(diǎn)都為固定連接。所有連接在設(shè)計(jì)時(shí)必須要求連接處強(qiáng)度不得低于母體強(qiáng)度。圖3-1反力架平面布置圖力學(xué)模型如上圖所示，反力架為一門式剛架。立柱計(jì)算高度為6630mm，上下各有兩個(gè)橫梁，計(jì)算跨度為5700mm。根據(jù)連接形式，以及荷載傳遞路徑可按如下計(jì)算模型設(shè)計(jì)：圖3-2反力架計(jì)算模型其中：L1、L2為水平橫梁與部分鋼負(fù)環(huán)直接接觸。H1、H2為立柱，底部與井底板預(yù)埋鋼板固接，中間與橫梁、斜向連桿、水平支撐固定連接。Z1～Z7為水平支撐，一端固接與反力架一端固接在井壁預(yù)埋鋼板上。荷載傳遞路徑分析：盾構(gòu)機(jī)水平推力F→負(fù)環(huán)管片→鋼負(fù)環(huán)→反力架→水平支撐以及井底、井壁的支座。荷載取值根據(jù)海瑞克公司提供的總荷載設(shè)計(jì)值為F=1600噸。平均分配到鋼負(fù)環(huán)上。如下圖所示。鋼負(fù)環(huán)把荷載傳遞到反力架上的四個(gè)受力區(qū)域（即圖所示的A、B、C、D四個(gè)區(qū)域）每個(gè)區(qū)域的Fi為1/4F。F=1600t*t=15680kN；圖3-3圖3-3荷載分布示意圖力學(xué)計(jì)算根據(jù)以上分析，我們分別建立橫梁、立柱、支撐的計(jì)算模型。因?yàn)闄M梁的荷載是傳遞到立柱和水平支撐上的，故應(yīng)計(jì)算為橫梁-立柱-水平支撐-井壁支座。橫梁L1計(jì)算q1=F1/=1640kN/m.L0=X1=X2=。圖圖3-4L1計(jì)算簡圖圖3-5L圖3-5L1彎矩圖（）圖圖3-6L1剪力圖(kN)橫梁L2計(jì)算q2=F2/=1640kN/m.L0=圖3-7L2計(jì)算簡圖X1圖3-7L2計(jì)算簡圖

圖3-8L2圖3-8L2彎矩圖圖3-9L2剪力圖（kN）立柱H12計(jì)算如左圖所示，qh即為鋼負(fù)環(huán)傳遞的荷載，R1、R2為橫梁L1、L2傳遞的支座反力，立柱H1、H2計(jì)算模型相同。Qh=F2/=1640kN/m;L0=;R1=382kN;R2=2678kN.圖3-10H圖3-10H1|z受力圖圖3-12H圖3-12H1|z剪力圖（kN）圖3-11H1|z彎矩圖（）四、截面承載能力復(fù)核截面參數(shù)計(jì)算橫梁和立柱采用箱式截面，腹板為2*（640*30）mm，翼緣采用2*（500*30）mm。A腹板=640*30=19200mm2；A翼緣=500*30=15000mm2； As=2*（A腹板+A翼緣）=68400mm2；Ix=00mm4圖4-1橫截面示意圖圖4-1橫截面示意圖L1截面復(fù)核查彎矩圖、剪力圖，得Mmax=；Vmax=kN；查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可知：[δ]=210MPa；[τ]=120MPa。故經(jīng)檢驗(yàn)δmax<[δ],τmax<[τ]；橫梁L1滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。L2截面復(fù)核查彎矩圖、剪力圖，得Mmax=；Vmax=kN；查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可知：[δ]=210MPa；[τ]=120MPa。故經(jīng)檢驗(yàn)δmax〉[δ],τmax<[τ]；橫梁L2不能滿足正截面強(qiáng)度要求。H1|2截面復(fù)核查彎矩圖、剪力圖，得：Mmax=；Vmax=；查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范可知：[δ]=210MPa；[τ]=120MPa。故經(jīng)檢驗(yàn)δmax〉[δ],τmax<[τ]；橫梁H12不能滿足正截面強(qiáng)度要求。五、截面優(yōu)化分析通過以上分析和計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)橫梁L1上的最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用正應(yīng)力和許用剪應(yīng)力；橫梁L2的最大正應(yīng)力略大于許用正應(yīng)力。故，從使用角度和經(jīng)濟(jì)角度上看，我們需要對(duì)橫梁L1和L2進(jìn)行截面參數(shù)調(diào)整，以使其更符合上述要求。注：雖然通過計(jì)算立柱H1和H2的最大正應(yīng)力和最大剪應(yīng)力也遠(yuǎn)小于許用正應(yīng)力和許用剪應(yīng)力，但立柱不但要承受橫梁傳遞的支座反力R1同時(shí)還需要承受橫梁傳遞的扭矩?？紤]到箱型梁抗扭轉(zhuǎn)的極慣性矩，是非常規(guī)計(jì)算可以得出的。故在上述計(jì)算中未考慮立柱的抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值預(yù)留一定的安全強(qiáng)度儲(chǔ)備。（1）橫梁L1截面優(yōu)化計(jì)算取L1截面參數(shù)如下圖所示;Iy=00mm4Wy=A腹板=19200mm2A翼緣=15000mm2圖5-1橫截面示意圖圖5-1橫截面示意圖則有:所以，橫梁L1截面調(diào)整為如圖5-1所示的截面形狀。（2）橫梁L2截面優(yōu)化計(jì)算Iz=67mm4Wz=.9mm3圖5-1橫截面示意圖A腹板=36000mm2圖5-1橫截面示意圖A翼緣=50000mm2As=86000mm2所以，橫梁L1截面調(diào)整為如圖5-1所示的截面形狀。六、水平支撐計(jì)算A腹板=640*30=19200mm2；A翼緣=500*30=15000mm2； As=2*（A腹板+A翼緣）=68400mm2；Ix=00mm4注：水平支撐計(jì)算中，我們只考慮水平支撐的軸壓計(jì)算，不考慮其受彎承載能力計(jì)算，即假定水平支撐是二力桿結(jié)構(gòu)。查上述立柱、橫梁的剪力圖，在水平支撐處，取剪力突變值為水平支撐的軸壓力N，從中求得Nmax作為校核依據(jù)。N1=N3=+=；N2=；N3=N4=+=；N6=N7=+=；則有：Nmax=；所以，水平支撐滿足強(qiáng)度要求。七、螺栓連接強(qiáng)度設(shè)