反力架计算书

1、用广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间反力架计算书目录一、设计、计算总说明1二、计算、截面优化原则1三、结构计算13.1 反力架布置形式13.2 力学模型23.3 荷载取值33.4 力学计算3四、截面承载能力复核64.1 截面参数计算6五、截面优化分析8六、水平支撑计算9七、螺栓连接强度设计104.2 计算参数确定104.3 弯矩设计值Mma环口剪力设计值Vmax10用广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间反力架计算书一、设计、计算总说明该反力架为广州市地铁21号线11标水西站长平站盾构区间右线盾构机始发用。反力架外作用荷载即盾构机始发的总推力乘以

2、动荷载效应系数加所有不利因素产生的荷载总和，以1600吨水平推力为设计值。反力架内力计算采用中国建筑科学研究院开发的PKPM200飘钢2构STS模块为计算工具。对于螺栓连接、角焊缝连接处的设计，仅仅计算其最大设计弯矩和剪力值，而不作截面形式设计，可根据提供弯矩、剪力设计值来调整截面是否需要做加固处理。二、计算、截面优化原则1、以偏向于安全性的原则。所有计算必须满足实际结构受力的情况，必须满足强度、刚度和稳定性的要求。2、在满足第1项的前提下以更符合经济性指标为修改结构形式、截面参数等的依据。3、参照以往施工项目的设计经验为指导，借鉴其成熟的结构设计形式，以修改和复核计算为方向进行反力架结构设计

3、。4、但凡构件连接处除采用螺栓连接外，需要视情况进行必要的角焊缝加固，特殊情况下，可增设支托抗剪、焊钢板抗弯，以保证连接处强度不低于母体强度。三、结构计算3.1 反力架布置形式由两根立柱和两根横梁以及水平支撑组成。立柱与横梁采用高强螺栓连接，为加强整体性一般按照以往施工项目的施工经验另需在连接处焊接，故始发托架计算书牵罚.广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间所有节点都为固定连接。所有连接在设计时必须要求连接处强度不得低于母体强度。图3-1反力架平面布置图3.2 力学模型如上图所示，反力架为一门式刚架。立柱计算高度为6630mm上下各有两个横梁，计算跨度为5700mm根据

4、连接形式，以及荷载传递路径可按如下计算模型设计：Z6Z7图3-2反力架计算模型2中盗广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间始发托架计算书其中：L1、L2为水平横梁与部分钢负环直接接触。H1、H2为立柱，底部与井底板预埋钢板固接，中间与横梁、斜向连杆、水平支撑固定连接。Z1Z7为水平支撑，一端固接与反力架一端固接在井壁预埋钢板上。荷载传递路径分析：盾构机水平推力F-负环管片一钢负环一反力架一水平支撑以及井底、井壁的支座。3.3 荷载取值二根据海瑞克公司提供的总荷载设计值为F=1600二1吨。平均分配到钢负环上。如下图所示。iI11fifftIkL11!h一二一钢负环把荷载传

5、递到反力架上的四个受力区域（即图3.2所示的A、B、CD四个区域）每个区域二一二的Fi为1/4F。II11i二-F=1600t*9.8kN/t=15680kN;，afc/I*jfFi=F/4=3920kN。图3-3荷载分布示意图3.4力学计算根据以上分析，我们分别建立横梁、立柱、支撑的计算模型。因为横梁的荷载是传递到立柱和水平支撑上的，故应计算为横梁-立柱-水平支撑-井壁支座。3.4.1 横梁L1计算q1=F1/2.39m=1640kN/m.始发托架计算书中力广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间L0=5.7mX1=X2=1.655m37.037.0图3-6L1剪力图(k

6、N)3.4.2 横梁L2计算图3-7L2计算简图q2q2=E/2.39m=1640kN/m.Lo=5.7mX=X=1.655m。始发托架计算书WE.广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间178I.5图3-9L2男力图（kN）-1784.533.4.3立柱H2计算R2如左图所示，qh即为钢负环传递的荷载，R、R2qh图3-10Hi忆受力图R为横梁Li、L2传递的支座反力，立柱H、H2计算模型相同Q=F2/2.39m=1640kN/m;Lo=6.555m;R1=382kN;R2=2678kN.广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间始发托架计算书/图3-1

7、1Hl忆弯矩图(kN.m)图3-12也忆剪力图（kN）四、截面承载能力复核4.1截面参数计算图4-1横截面示意图横梁和立柱采用箱式截面，腹板为2*(640*30)mm翼缘采用2*(500*30)mm2A腹卞氏=640*30=19200mm2A翼缘=500*30=15000mm2As=2*(A腹板+A翼缘)=68400mm1一_32_1_3_Ix=(*500*3015000*335)*2(*30*640)*21212Ix=4679720000mm4Ix3Wz=13370628.57mm3h/24.2.1L1截面复核始发托架计算书中力广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间查弯

8、矩图、剪力图，得ML=793.1kN.m;Vmax=2276.2kNmaxMmax793.1*106N.mmWT一13370628.57mm3-59.3MPa32276.2*10Nmax二二22*A复板2*19200mm2=59.3MPa查钢结构设计规范可知：S=210MPaT=120MPa故经检验SmaxS,TmaxF3030kN.m;ma=2678.9kN;:maxmaxMmax3030*106N.mm双13370628.57mm3=226.6MPaVmax32768.9*10N_一_22*A复板2*19200mm=72.1MPa查钢结构设计规范可知：S=210MPqp=120MPa故经检

9、验SmaxS,TmaxP；横梁L2不能满足正截面强度要求。4.2.3.H1|2截面复核查弯矩图、剪力图，得:Mmax=655.9kN.m;Vmax=1787.9kN、maxMmax655.9*106N.mm_3Wx13370628.57mm3=49.1MPamax31787.9*10N2*A复板2*19200mm2=46.6MPa牵$广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间始发托架计算书查钢结构设计规范可知：S=210MPaP=120MPa故经检验Smax5,TmaxP；横梁H2不能满足正截面强度要求。五、截面优化分析通过以上分析和计算我们发现横梁Li上的最大正应力和最大剪

10、应力远小于许用正应力和许用剪应力；横梁L2的最大正应力略大于许用正应力。故，从使用角度和经济角度上看，我们需要对横梁L1和L2进行截面参数调整，以使其更符合上述要求。注：虽然通过计算立柱H和H2的最大正应力和最大剪应力也远小于许用正应力和许用剪应力，但立柱不但要承受横梁传递的支座反力R同时还需要承受横梁传递的扭矩。考虑到箱型梁抗扭转的极惯性矩Ic=JAP2*dA,是非常规计算可以得出的。故在上述计算中未考虑立柱的抗扭转强度，而是根据经验值预留一定的安全强度储备。(1)横梁L1截面优化计算Zzzzzzzk取L1截面参数如下图所示Wy=6685314.3mm3Iy=1749860000mm4A腹板

11、=19200mm2A翼缘=15000mm2As=34200mm2则有:maxmaxWx793.1*106N.mm6685314.3mm3=118.6MPa”、中力广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间始发托架计算书Vmax,max=2*A复板2768.9*103N_2-19200mm=118.6MPa：所以，横梁L1截面调整为如图5-1所示的截面形状。(2)横梁L2截面优化计算Iz=6371666667mm4Wz=18204761.9mm3A腹板=36000mm2A翼缘=50000mm2图5-1横截面示意As=86000mm2,maxmaxWx3030*106N.mm31

12、8204761.9mm=166.4MPa”二=76.9MPa；.3Vmax2768.9*10Nmax=二2-2*A腹板36000mm所以，横梁Li截面调整为如图5-1所示的截面形状。六、水平支撑计算2A腹卞氏=640*30=19200mm2A翼缘=500*30=15000mm2As=2*(A腹板+A翼缘)=68400mm1432_1_3_Ix=(*500*30315000*3352)*2(*30*6403)*2.4Ix=4679720000mmIx3Wz=13370628.57mm3h/2注：水平支撑计算中，我们只考虑水平支撑的轴压计算，不考虑其受弯承载能力计算，即假定水平支撑是二力杆结构始发

13、托架计算书牵力广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间查上述立柱、横梁的剪力图，在水平支撑处，取剪力突变值为水平支撑的轴压力N,从中求得Nnax作为校核依据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;贝U有：Nmax=3520.2kN-maxNmaxaS33520,2*10N_2-68400mm=51.5MPa：c所以，水平支撑满足强度要求。七、螺栓连接强度设计7.1 计算参数确定螺栓采用8.8级A普通螺栓，直径为中26mmftb=350MPa;fvb=250MPa。7.2 弯矩设计值Mma*口剪力设计值Vmax由巾,=牛得：MVy110.笳.广州市轨道交通21号线工程【11标】【水西站长平站】盾构区间始发托架计算书b二d_2ftYi4Yi一一314*26_2_2350*0.t“*2*2(12522502)42=231.8kN.m通过计算可知，