棚管、盾构受力检算725

1、棚管、盾构检算资料一、 棚管检算 1、棚管断面常数（参见图一）及几何特征 棚管由六片型号为28c的槽钢和A3钢=10mm的钢板如上图焊接而成。考虑简化计算，断面按壁厚=10mm箱型简化，即不考虑槽钢支边。h=1.3mh1=1.28m b=0.8m b1=0.78m A=1.30×0.8-1.28×0.78=0.0416 m2;Sx=0.8×0.01×(1.30/2-0.005)+2×0.01×1.28/2×1.28/4 =0.009256 m3;Sy=1.3×0.01×(0.8/2-0.005)+2

2、15;0.01×0.78/2×0.78/4 =0.006656m3Ix=(b×h3-b1×h13)/12 =(0.8×1.3×1.3×1.3-0.78×1.28×1.28×1.28)/12 =0.010152m4;Wx=Ix×h/2=0.010152×2/1.3 =0.015618m3;Iy=(b3×h-b13×h1)/12 =(0.8×0.8×0.8×1.3-0.78×0.78×0.78×1.2

3、8)/12 =0.004848m4;Wy=(b3×h-b13×h1)/b×2=0.004848×2/0.8 =0.01212 m3;2、荷载棚管除自重外，承受荷载包括列车活载、道床和线路材料的重量。棚管一端支承在盾构内的导向支承架上，另一端支承在土体上。自重G1=6×40.21（28c型槽钢）+2×(0.8-2×0.28+1.3-0.28- 2×0.086)×0.01×7850(板)+(0.8+1.3)×2×0.1×2×0.01×7850(法兰)

4、 =476.508kg/m取G1=0.5T/mG2=2.88×40.21（28c型槽钢）+(0.4×8+0.24×4) ×0.1×0.01×7850(板)+(0.8+1.106)×4×0.08×0.01×7850(连接板)+0.05×0.05/2×0.01×16×7850(三角板)/0.5 =395.83kg/m取G2=0.4T/m 道床和线路材料及路基荷载畲汕线顶涵工程轨顶至涵顶标高为0.76米，则覆盖层：h为0.76-0.152=0.608m 根据桥规

5、取 =20kN/m£路基=19kN/m3考虑；在0.608m深处道床和线路材料产生竖向压力及水平压力：（按“桥设规”3.2.3条）竖向：p=KH=20×0.608=12.16 KPa 式中K=H/D=0.608/5.75=0.11 查得K=1.04;现取K=1。水平：ej0.608=H=0.35×20×0.608=4.26 KPa (=0.35) 在1.908m深处道床和线路材料产生竖向压力及水平压力：p=K1H1+K2H=20×0.608+19×1.3=36.86kPaej1.908=1H1+2H2=0.35×20

6、5;0.608+0.35×19×1.3 =12.901kPa在4.808m深处道床和线路材料产生竖向压力及水平压力：p=K1H1+K2H3=20×0.608+19×4.2=91.96Kpaej4.808=1H1+2H3=0.35×20×0.608+0.35×19×4.2 =32.186kPa列车活载：顶面均布荷载：根据桥规4.3.4条qh =165/(2.5+0.608)=53.09kPa 活载在0.608m深处产生侧压：eh0.608=0.35×53.09=18.581kPa 活载在1.908m深处产生

7、侧压:eh1.908=0.35×165/(2.5+1.908)=13.101kPa活载在4.808m深处产生侧压:eh4.808=0.35×165/(2.5+4.808)= 7.902 kPa 冲击系数：按桥涵技术手册表2-1-6第2顺号当运行速度在60120km/h范围内（取80km/h） m =0.75××6/（30+4.6） =4（1-h） (桥涵公式2-1-3) =4*(1-0.608) =1.568<2 故：取1.568 则1+m=1+0.75×1.568×6/（30+4.6）=1.20 竖向的总荷载:qx=(p+(1

8、+m)qh)*b+Gg=(12.16碴+53.09活载×1.20冲击系数)×1+0.5*10箱重 =80.87kN/m 水平方向的换算总荷载qy=(ej0.608+ej1.908 )土侧压力+ (eh0.608+eh1.908)活载侧压力)/2*h =( 4.26+12.901)+(18.581+13.101)/2×1.3 =31.75kN/m 3、检算跨度L及受力计算现有盾构棚管在最缩进状态棚管伸出3.5m,检算跨度L=3.75m, 在最伸出状态棚管伸出4.0m,检算跨度L=4.0m，见图三、四。棚管伸入土体最小长度的计算假设土体承载力为150kpa在棚管最缩进

9、状态，此时棚管伸入土体最小长度若为X,则：X×1×150(伸入土体能承受的力)= X×80.87(3.5-X) ×80.87/2(上面传下来的力)X=1.3m取X1.5m按1:1的坍塌坡度计算需采取在钢支架上设网格挡土高度为：2.6-（3.5-1.5）=0.6m检算跨度按4.0m满跨度分布均布荷载进行计算（见图四） Mx= qxL2/8=80.87*4.0*4.0/8=161.74kN·M My= qyL2/8=31.75*4.0*4.0/8=63.50kN·M（实际棚管在水平方向的受力形式比较复杂，有类似挤压的形式，为简化计算，按L

10、=4.0m简支计算。 Qx=80.87×4.0/2=161.74KN Qy=31.75×4.0/2=63.50KN4、应力计算强度计算 sx= Mx/Wx =161.74*106/(0.015618*109)= 10.36Mpasy= My/Wy =63.50*106/(0.01212*109)=5.24 Mpa s=sx+sy=10.36+5.24=15.6Mpa<s=140Mpa (可)剪应力计算txmax=QxS/Id=161.74*103*0.009256*109/(0.010152*1012*20) =7.37Mpatymax= QyS/Id=63.50*1

11、03*0.006656*109/(0.004848*1012*20) =4.36Mpa tmax=txmax+tymax=7.37+4.36=11.73Mpa<Ctt=1*85Mpa(可)换算应力（s2+3t2）1/2=（15.62+3×11.732）1/2=25.62<1.1*s(可)挠度计算fmax=5/384×qL4/EI =5/384×80.87×4.04×1012/2.1×105/0.010152*1012 =0.126mm<f=3700/400=9.2mm (可)本计算荷载考虑了冲击力，按规范检算挠度时不

12、计冲击力，故偏安全。基地管硼模拟列车荷载试压，跨度为5米的管棚，作用力集中在挠度最大的地方（中间），压力达到10Mpa（折合约50 tf）才破坏,证明管棚满足强度及挠度要求，安全系数还比较大。5、稳定检算整体稳定检算： 由于是箱形截面故不需整体检算（桥规P41中j2=1）局部稳定： 根据使用要求，棚管按0.5m长一节制作，两端设一圈肋板,并作为连接的内法兰（见图六），肋板宽9cm,厚1cm,间距a=50cm。因140>h/d=130/1=130>50故应设竖向加劲肋，其间距a<950d/t1/2且不大于2m950d/t1/2=950×0.01/11.281

13、/2=2.83m,现a为0.5m<2m且<2.83m (可)肋板宽度1.3/30+0.04=0.083m<0.09m (可)肋板厚度d=1cm>9/15=0.6cm (可)6、螺栓连接的检算、螺栓抗拉强度：螺栓形成的截面见图六Ix=0.594×0.594*0.009*0.009*3.1415926*12+4×0.0092 (0.3962+0.1982) =0.001277 m4;Wx= Ix*2/h=0.001277/0.594=0.002149m3;同理Wy=0.001296m3; A=0.009*0.009*3.1415926*22 =0.005

14、6m2螺栓间距：中心间距a=137.6mm16d=16*10>137.6>30d=54mm(可)距边缘距离A=51mm8=8*10>51>1.5d=27mm(可),强度检算 sx= Mx/Wx =161.74*106/0.002149*109=75.58Mpa sY=MY/WY=63.50*106/0.001296*109=49.00Mpas=sx+sy=75.58+49.00=124.58Mpa<s=140Mpa (可)、螺栓抗剪强度txmax=Qx/A=161.74*103/0.0056×106=28.88Mpatymax=Qy/A=63.50

15、15;103/0.0056×106=11.34Mpatmax=(28.882+11.342)1/2=31.03 Mpa<t=100Mpa 在基地管棚模拟列车荷载试压中，每隔一孔抽掉一个20mm螺栓，也能够承受比列车荷载大的压力，在实际顶进中，全部上满上螺栓，安全系数就增大了一倍以上。螺栓连接板强度： 底下一排螺栓受力见图七Nx=Mx/Hx=161.74/1.2=134.78KN焊缝：5个加肋角*90*2侧*5厚=4500mm2txmax=134.78*103/4500=29.95MPa<t=120Mpa法兰盘强度(不考虑加肋角)M=134.78*0.045 =6.065K

16、N*M s=6.065*106/(1/12* 800*103/5)=454.875Mpa>s=170Mpa 故要求设加劲角。s=6.065*106/5*2* (1/12)*5*903/45 =89.85Mpa<s=170Mpa (可)7、支座处检算在支座位置，滑动30cm范围内，加一竖向支承肋板，宽90厚10mm。Am=0.01*0.136+0.01*0.09=0.00226m2;(0.01为板厚,0.136为支座支承处25#工字钢翼板宽，即为假想压杆宽。 下端为承压验算N/A=161.74*103/(2*90*10+2*136*10)=35.78Mpa<s=210Mpa稳定

17、性检算长细比=L/r其中L=1.3m r=(I/A)1/2假想压杆重心轴至边缘位置为y1y1=(0.09*0.09*0.01+0.01*0.01*(0.136-0.01)/2/0.00226 =0.021mI=0.126*0.01*0.021*0.021+1/12*0.01*0.09*0.09*0.09+0.01*0.09*(0.045-0.021)*(0.045-0.021)=1.681*10-6m4r=(1.681*10-6/0.00226) 1/2=0.027m=L/r=1.3/0.027=48.14取=0.79s=N/Am =161.74*1000/(0.79*0.00226*1000

18、000)/2=45.3Mpa<170Mpa8、棚管自身强度计算 假设管板为双向固定板(见图九)qx=80.87Kpaqy=(4.26+12.901+18.581+13.101)/2=24.42Kpa侧板Lx/Ly=0.5/1.3=0.38<0.5故按L=0.5m两端固定来计算固定端Mxo=qL2/12=24.42×1.3×0.52/12 =-0.66Mx中=-0.66+24.42*1.3*0.52/8=0.332Myo =qL2×0.0109=0.086s=0.66*106/(1/6*1300*102) =30.5Mpa<170Mpa(可)水平板

19、Lx/Ly=0.5/0.8=0.625>0.5Mx=-0.0356*80.87*0.52 =0.720KN*MMy=0.00855×80.87×0.52=0.173KNMMxo=0.07795×80.87×0.52=-1.58N*MMyo=0.0571×80.87×0.52=1.15KN*Msmax=1.58*106/(1/6*800*102)=118.5Mpa<170Mpa(可)由以上检算可知，棚管本身强度较大（主要是考虑管内挖土作业人员的安全）控制应力在栓接和焊接质量上。二、钢架计算：1、受力形式见图十2、25#工字钢

20、的几何特征查I25a Ix=5023.54cm4 Wx=401.88cm3 Wy=401.88cm3 A=48.5cm2 rx=10.18cm, ry=2.4cm3、荷载计算钢架顶按均布荷载考虑当列车荷载在钢架顶上时，钢架受力最大，受力形式见图十一q1=R=80.87*3.1*(4.6-3.1/2)/3.5 =218.46KNq2=ej1.908+ eh1.908 =12.901+13.101 =26.002 KN/Mq3= ej4.808+ eh4.808 =32.186+7.902 =40.088KN/M4、受力计算工字钢采用图十二焊接，由于加工条件限制，接头处焊缝采用凸形角焊，形成的截面

21、模量远小于工字钢本身截面模量，显然支承钢架按整体刚架结构计算不合理，上下横支承支座按三绞接考虑，左中右三支承按简支考虑。为简化计算受力轴线按外框线，偏于安全。上下横支承受力如图十二所示：均布荷载q1= R=218.46KN/MM中柱=-0.1*218.46*（4.15/3）*（4.15/3） =-41.80KN*MQ中柱=(0.6+0.50)*218.46*(4.15/3) =332.42KNQ边柱=0.4*218.46*(4.15/3) =120.88 KN侧压力见图十三(水平宽度B按5/=2.5m计算)Mmax=(q2L2/8+(q3 - q2)L2/(9*31/3)*B =(26.002

22、*2.62/8+(40.088-26.002)2.62/(9*31/3)*2.5 =29.27KNM*2.5=73.175KNM或Mmax=（(q3L2/6)*(23-(1+)/(1-)2）*2.5式中 =q2/q3=26.002/40.088=0.6486 =(2+1)/3)1/3=0.884Mmax=73.175KNMR2=(2q2+q3)L/6*2.5 =(2*26.002+40.088)*2.6/6*2.5 =99.77KNR3=(q2+2q3)L/6*2.5 =(26.002+2*40.088)*2.6/6*2.5 =115.03KN那么，侧压力作用在水平杆上N=R3=115.03K

23、N M=115.03*0.36=41.41KN*M5、应力检算 水平杆（2根I25a）s=R3/A+M/Wx =(115.03*103)/（48.5*102*）+(44.32+41.41)*106/(401.88*103*) =118.52 Mpa<170Mpa 总体稳定检算s=N/A+j1/（j2）·M/Wj1 sx=L/rx=415/3/10.18 =13.59y=L/ry=415/3/2.4 =57.64故j1=0.785e=*Lorx/hry=1.8*415/3*10.18/(25*2.4)=42.2查表j2=0.826N/A=115.03*103/(48.5*102*

24、2) =11.86Mpa<0.15j1 s=0.15*0.785*170=20.0故：m=1.0故： s=11.86+0.785/(1*0.826)*(44.32+41.41)*106/(401.88*103*2) =113.2Mpa<0.785*170=133.45Mpa(可) 中柱(2根)s=332.42*103/(48.5*102*2) =34.27Mpa<s=170Mpa 边柱N=Q边柱=120.88KN M=73.175KN*m s=N/A+M/WX =120.88*103/(48.5*102)+73.175*106/(401.88*103)/2 =207.01/2=103.5<s=170Mpa 总稳定检算： x=210/10.18=20.6 y=210/2.4=87.5 查得j1=0.499 e=1.8*260*10.18/(25*2.4)=79.4查表j2=0.548N/A=120.88*103/(48.5*102)/2 =12.45<0.15j1s=0.15*0.499*170=12.7=1-n1N2/2EA=(1-1.7*79.42)/2*2.1*105*13.9 =0.928故：