深圳市地鐵龍崗線3102標(biāo)段翠竹站～田貝站站區(qū)間左線反力架計算書

16-深圳市地鐵龍崗線3102標(biāo)段翠竹站～田貝站站區(qū)間左線反力架計算書編制人：審核人：審批人：編制單位：北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司編制日期：二00九年六月二十五日

目錄一、設(shè)計、計算總說明…………………2二、計算、截面優(yōu)化原則………………3三、結(jié)構(gòu)計算……………43.1反力架布置形式………………43.1力學(xué)模型………43.3荷載取值………63.4.1橫梁L1計算…………………63.4.2橫梁L2計算…………………73.4.3立柱H12計算………………8四、截面承載能力復(fù)核…………………94.1截面參數(shù)計算………………94．2.1橫梁L1截面復(fù)核…………104.2.1橫梁L2截面復(fù)核…………104.2.3立柱H12截面復(fù)核…………10五、截面優(yōu)化……………115.1截面優(yōu)化分析………………115.2.1橫梁L1截面優(yōu)化…………115.2.2橫梁L2截面優(yōu)化…………12六、水平支撐計算………13七、螺栓連接強(qiáng)度設(shè)計…………………14

一、設(shè)計、計算總說明該反力架為深圳市地鐵龍崗線3102標(biāo)[翠竹路站～田貝站盾構(gòu)區(qū)間]左線盾構(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)計值。反力架內(nèi)力計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模塊為計算工具。對于螺栓連接、角焊縫連接處的設(shè)計，僅僅計算其最大設(shè)計彎矩和剪力值，而不作截面形式設(shè)計，可根據(jù)提供彎矩、剪力設(shè)計值來調(diào)整截面是否需要做加固處理。

二、計算、截面優(yōu)化原則1、以偏向于安全性的原則。所有計算必須滿足實際結(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、參照其他施工單位成熟的設(shè)計經(jīng)驗為指導(dǎo)，借鑒其成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，以修改和復(fù)核計算為方向進(jìn)行反力架結(jié)構(gòu)設(shè)計。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)計算3.1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其他單位的施工經(jīng)驗另需在連接處焊接，故所有節(jié)點都為固定連接。所有連接在設(shè)計時必須要求連接處強(qiáng)度不得低于母體強(qiáng)度。圖3-1反力架平面布置圖3.2力學(xué)模型如上圖所示，反力架為一門式剛架。立柱計算高度為6630mm，上下各有兩個橫梁，計算跨度為5700mm。根據(jù)連接形式，以及荷載傳遞路徑可按如下計算模型設(shè)計：圖3-2反力架計算模型其中：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。

3.3荷載取值根據(jù)上海吉原軌道交通技術(shù)有限公司提供的經(jīng)驗設(shè)計值取總荷載設(shè)計值為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受力區(qū)域（即圖3.2所示的A、B、C、D四個區(qū)域）每個區(qū)域的Fi為1/4F。F=1600t*9.8kN/t=15680kN；Fi=F/4=3920kN。圖3-3荷載分布示意圖圖3-3荷載分布示意圖3.4力學(xué)計算根據(jù)以上分析，我們分別建立橫梁、立柱、支撐的計算模型。因為橫梁的荷載是傳遞到立柱和水平支撐上的，故應(yīng)計算為橫梁-立柱-水平支撐-井壁支座。3.4.1橫梁L1q1=F1/2.39m=1640kN/m.L0=5.7m圖3-4L1計算簡圖X1=X2圖3-4L1計算簡圖圖3-5L圖3-5L1彎矩圖（kN.m）圖3-6L圖3-6L1剪力圖(kN)3.4.2橫梁L2q2=F2/2.39m=1640kN/m.L0=5.7mX1=X2=1.655m。圖3圖3-7L2計算簡圖

圖3-8L2圖3-8L2彎矩圖(kN.m)圖3-9L2剪力圖（kN）3.4.3立柱H12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計算模型相同。Qh=F2/2.39m=1640kN/m;L0=6.555mR1=382kN;R2=2678kN.圖3-10H1|z圖3-10H1|z受力圖圖3-12H1|z圖3-12H1|z剪力圖（kN）圖3-11H1|z彎矩圖（kN.m）四、截面承載能力復(fù)核4.1截面參數(shù)計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；圖4-1橫截面示意圖圖4-1橫截面示意圖Ix=4679720000mm44.2.1查彎矩圖、剪力圖，得Mmax=793.1kN.m；Vmax=2276.2kN；查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范可知：[δ]=210MPa；[τ]=120MPa。故經(jīng)檢驗δmax<[δ],τmax<[τ]；橫梁L1滿足強(qiáng)度設(shè)計要求。4.2.2查彎矩圖、剪力圖，得Mmax=3030kN.m；Vmax=2678.9kN；查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范可知：[δ]=210MPa；[τ]=120MPa。故經(jīng)檢驗δmax〉[δ],τmax<[τ]；橫梁L2不能滿足正截面強(qiáng)度要求。4.2.3.H1|2截面復(fù)核查彎矩圖、剪力圖，得：Mmax=655.9kN.m；Vmax=1787.9kN；查鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范可知：[δ]=210MPa；[τ]=120MPa。故經(jīng)檢驗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5.1截面優(yōu)化分析通過以上分析和計算我們發(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同時還需要承受橫梁傳遞的扭矩。考慮到箱型梁抗扭轉(zhuǎn)的極慣性矩，是非常規(guī)計算可以得出的。故在上述計算中未考慮立柱的抗扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，而是根據(jù)經(jīng)驗值預(yù)留一定的安全強(qiáng)度儲備。5.2.1橫梁L1取L1截面參數(shù)如下圖所示;Iy=1749860000mm4Wy=6685314.3mm3A腹板=19200mm2A翼緣=15000mm2圖5-1橫截面示意圖As=34200mm2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。5.2.2橫梁L2截面Iz=6371666667mmWz=18204761.9mmA腹板=36000mm2A翼緣=50000mm2圖5-1橫截面示意圖As=86000mm2圖5-1橫截面示意圖所以，橫梁L1截面調(diào)整為如圖5-1所示的截面形狀。六、水平支撐計算A腹板=640*30=19200mm2；A翼緣=500*30=15000mm2； As=2*（A腹板+A翼緣）=68400mm2；Ix=4679720000mm4注：水平支撐計算中，我們只考慮水平支撐的軸壓計算，不考慮其受彎承載能力計算，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=283.2+363.1=646.3kN；N2=4552.4kN；N3=N4=1732.3+1787.9=3520.2kN；N6=N7=2678.9+93.3=2772.2kN；則有：Nmax=3520.2kN；所以，水平支撐滿足強(qiáng)度要求。七、螺栓連接強(qiáng)度設(shè)計7.1計算參數(shù)確定螺栓采用8.8級A普通螺栓，直徑為Ф26mm。。7.2彎矩設(shè)計值Mmax和剪力設(shè)計值Vmax由得：，通過計算可知，螺栓連接處最大可承受彎矩為為231.8kN.m；對于彎矩過大的連接處需要通過增設(shè)角焊措施來增強(qiáng)截面抗彎能力。剪力設(shè)計值同時計算剪切破壞和積壓破壞的剪力設(shè)計值，取其中較小值。故螺栓連接處可承受的最大剪力為1326.65kN，對于連接處剪應(yīng)力不滿足的地方需要增加角焊縫以增強(qiáng)連接。參考資