反力架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算石家莊

石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程11標(biāo)段反力架、始發(fā)托架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設(shè)計(jì)說(shuō)明 1二、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)階段受力分析 22.1、計(jì)算參數(shù) 22.2、盾構(gòu)機(jī)荷載計(jì)算 22.3、盾構(gòu)機(jī)水平推力計(jì)算 3三、反力架驗(yàn)算 43.1、反力架結(jié)構(gòu)組成 43.2、MidasCivil建模驗(yàn)算 5四、始發(fā)托架驗(yàn)算 94.1、始發(fā)托架結(jié)構(gòu)組成 94.2、MidasCivil建模驗(yàn)算 9五、結(jié)論 11反力架、始發(fā)托架結(jié)構(gòu)驗(yàn)算一、設(shè)計(jì)說(shuō)明（1）、該反力架為石家莊市軌道交通3號(hào)線一期工程土建施工項(xiàng)目11標(biāo)段盾構(gòu)機(jī)始發(fā)使用。（2）、參照《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》、《土質(zhì)土力學(xué)》及其他施工標(biāo)段成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本標(biāo)段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，借助MidasCivil軟件進(jìn)行反力架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。（3）、依據(jù)本標(biāo)段《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)處于的地質(zhì)巖層主要為粉質(zhì)黏土，在計(jì)算過程中主要參考粉質(zhì)黏土的力學(xué)性能指標(biāo)。（4）、對(duì)于螺栓連接、角焊縫連接處的設(shè)計(jì)，僅計(jì)算其最大受力彎矩和剪力值，而不做截面形式設(shè)計(jì)，可根據(jù)提供彎矩、剪力設(shè)計(jì)值來(lái)調(diào)整截面是否需要做加固處理。（5）、力在鋼結(jié)構(gòu)中的傳遞不考慮焊縫的損失二、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)階段受力分析2.1、計(jì)算參數(shù)覆土厚度：10.44m粉質(zhì)粘土容重：γ＝19.5kN/m3粉質(zhì)粘土的壓縮系數(shù)：0.249盾構(gòu)機(jī)主體重量：294t盾構(gòu)機(jī)主體長(zhǎng)度：8.73m盾構(gòu)尾部的外徑為：D=6160mm盾構(gòu)刀盤直徑為：D1＝6180mm鋼與土的摩擦系數(shù)μ1＝0.3后配套輪與鋼軌之間的摩擦系數(shù)μ2＝0.15后配套系統(tǒng)G1＝137t最大推力F：42575kN額定扭矩：5286kNm脫困扭矩：6343kNm2.2、盾構(gòu)機(jī)荷載計(jì)算依據(jù)孫村站右線區(qū)間隧道圖確定盾構(gòu)機(jī)始發(fā)的的隧道埋深10.44mPe1=γH=19.5*10.44=279.4kPaγ：盾粉質(zhì)粘土容重；H：埋深；Pe2=Pe1+γD=279.4+19.5*6.16=439kPaD：盾構(gòu)機(jī)直徑；qe1=Pe1*λ=279.4*0.249=55.2kPaλ：壓縮系數(shù)；qe2=Pe2*λ=439*0.2=88kPapg=G/D*L=294(6.16*8.73)=5.16kPaqfe1=qe1=55.2kPaqfe2=qe2=88kPaqfw1=120kpaqfw2=180kpaL：盾體長(zhǎng)度；D：盾構(gòu)機(jī)直徑；G：盾體自重；2.3、盾構(gòu)機(jī)水平推力計(jì)算盾構(gòu)的總推進(jìn)力必須大于各種推進(jìn)阻力的總和，否則盾構(gòu)無(wú)法向前推進(jìn)。包括盾構(gòu)外圍與土的摩擦力、盾構(gòu)推進(jìn)阻力（正面阻力）、后方臺(tái)車的牽引阻力，綜合以上因素：（1）、盾構(gòu)外殼與土的摩擦力（2）、盾構(gòu)推進(jìn)阻力（正面阻力）（3）、后方臺(tái)車的牽引阻力所需最大推力按最不利因素考慮盾構(gòu)機(jī)始發(fā)水平總推理1200t。三、反力架驗(yàn)算3.1、反力架結(jié)構(gòu)組成反力架主要采用Q235B型鋼材料，由基準(zhǔn)環(huán)、主梁、支撐、預(yù)埋件4大部分組成?；鶞?zhǔn)環(huán)在水平中心線位置一分為二，分上下2部分，基準(zhǔn)環(huán)直徑與管片直徑相同。主梁分豎梁，橫梁和八字梁，豎梁采用兩榀100#H型鋼并行加工焊接而成，橫梁及八字梁采用單榀100#H型鋼，H型鋼每隔一段距離加設(shè)肋板。支撐主要采用ф600mm×12mm的鋼管，分水平支撐與斜支撐?；鶞?zhǔn)環(huán)與主梁以及主梁各部件之間采用8.8級(jí)M24高強(qiáng)螺栓相連，支撐與主梁、預(yù)埋件采用焊接。反力架結(jié)構(gòu)圖3.2、MidasCivil建模驗(yàn)算反力架結(jié)構(gòu)主要借助MidasCivil軟件建模驗(yàn)算，模型共劃分244個(gè)節(jié)點(diǎn)和244單元，邊界條件為一般支撐和剛性連接，模擬盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)奈恢媒⒐?jié)點(diǎn)荷載。本工程盾構(gòu)機(jī)共有16組千斤頂，由上分析盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)的水平推力12000kN，所以節(jié)點(diǎn)荷載為12000/16=750kN。（1）、建立模型（2）、結(jié)構(gòu)反力驗(yàn)算部位斜支撐（長(zhǎng)桿）斜支撐（單桿）水平支撐上支撐水平反力（kN）1385.42297.21124.9818.2由上可知盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時(shí)對(duì)反力架影響最大的部位為斜桿，所以要對(duì)斜桿的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算如下：斜支撐最大軸力按2298KN考慮,壓桿穩(wěn)定計(jì)算如下：截面特性：I=9.584x10-4m4截面積：A=2.2167x10-2要是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定需保證構(gòu)件最大軸力與截面積的比值小于型鋼的屈服強(qiáng)度。約取0.6米λ=μl/i=0.6/0.02=30根據(jù)規(guī)范φ1=0.9362298×103/2.1267×10-2=125.7Mpa≤0.936×235=216Mpa所以斜桿的穩(wěn)定性符合要求。（3）、結(jié)構(gòu)擾度及各部件的應(yīng)力反力架的變形量如下圖，可知最大變形為9.6mm（4）、反力架材質(zhì)強(qiáng)度驗(yàn)算由上圖可知彎矩最大值：Mmax=1464.6kN·m，100#H鋼的抗彎截面模數(shù)：W=1100×104mm3100#H鋼的極限屈服強(qiáng)度：[σ]=235MPaσ=M/W=1464.6kN·m/1100×104mm3=200MPa≤[σ]=235MPa結(jié)論：反力架材質(zhì)100#H型鋼在始發(fā)時(shí)受到的最大屈服強(qiáng)度小于極限屈服強(qiáng)度，滿足要求四、始發(fā)托架驗(yàn)算4.1、始發(fā)托架結(jié)構(gòu)組成始發(fā)托架主要采用Q235B型鋼和43kg重軌材料，有若干榀桁架組成，通過軌道梁把桁架連系在一起。形成整體受力結(jié)構(gòu)。盾體之間作用在軌道梁上，由軌道梁傳遞荷載到桁架上，再由桁架傳遞到始發(fā)井底地基。軌道梁和桁架采用螺栓、焊接形式連接。如下圖所示：4.2、MidasCivil建模驗(yàn)算在進(jìn)行始發(fā)托架建模驗(yàn)算時(shí)，模型共劃分244個(gè)節(jié)點(diǎn)和289個(gè)單元，盾構(gòu)機(jī)在里程方向上為偏心結(jié)構(gòu)，考慮到盾構(gòu)機(jī)的外殼為剛性結(jié)構(gòu)，可視盾構(gòu)機(jī)作用在導(dǎo)軌上的荷載為梁?jiǎn)卧奢d，即線性荷載。通過以上計(jì)算得知盾構(gòu)機(jī)總重2940kN,長(zhǎng)度為8.73m,作用在軌枕上線荷載為2940/8.73=366kN/m。（1）、建立模型（2）、結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算由上建模計(jì)算得知，結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力作用在導(dǎo)軌上，最大應(yīng)力為102Mpa，考慮安全因素=102