反力架结构验算石家庄

石家庄市轨道交通3号线一期工程11标段反力架、始发托架结构验算目录TOC\o"1-2"\h\z\u一、设计说明 1二、盾构机始发阶段受力分析 22.1、计算参数 22.2、盾构机荷载计算 22.3、盾构机水平推力计算 3三、反力架验算 43.1、反力架结构组成 43.2、MidasCivil建模验算 5四、始发托架验算 94.1、始发托架结构组成 94.2、MidasCivil建模验算 9五、结论 11反力架、始发托架结构验算一、设计说明（1）、该反力架为石家庄市轨道交通3号线一期工程土建施工项目11标段盾构机始发使用。（2）、参照《结构设计原理》、《结构力学》、《土质土力学》及其他施工标段成熟的设计经验，结合本标段现场实际情况，借助MidasCivil软件进行反力架结构的设计与验算。（3）、依据本标段《工程地质勘察报告》，盾构机始发处于的地质岩层主要为粉质黏土，在计算过程中主要参考粉质黏土的力学性能指标。（4）、对于螺栓连接、角焊缝连接处的设计，仅计算其最大受力弯矩和剪力值，而不做截面形式设计，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。（5）、力在钢结构中的传递不考虑焊缝的损失二、盾构机始发阶段受力分析2.1、计算参数覆土厚度：10.44m粉质粘土容重：γ＝19.5kN/m3粉质粘土的压缩系数：0.249盾构机主体重量：294t盾构机主体长度：8.73m盾构尾部的外径为：D=6160mm盾构刀盘直径为：D1＝6180mm钢与土的摩擦系数μ1＝0.3后配套轮与钢轨之间的摩擦系数μ2＝0.15后配套系统G1＝137t最大推力F：42575kN额定扭矩：5286kNm脱困扭矩：6343kNm2.2、盾构机荷载计算依据孙村站右线区间隧道图确定盾构机始发的的隧道埋深10.44mPe1=γH=19.5*10.44=279.4kPaγ：盾粉质粘土容重；H：埋深；Pe2=Pe1+γD=279.4+19.5*6.16=439kPaD：盾构机直径；qe1=Pe1*λ=279.4*0.249=55.2kPaλ：压缩系数；qe2=Pe2*λ=439*0.2=88kPapg=G/D*L=294(6.16*8.73)=5.16kPaqfe1=qe1=55.2kPaqfe2=qe2=88kPaqfw1=120kpaqfw2=180kpaL：盾体长度；D：盾构机直径；G：盾体自重；2.3、盾构机水平推力计算盾构的总推进力必须大于各种推进阻力的总和，否则盾构无法向前推进。包括盾构外围与土的摩擦力、盾构推进阻力（正面阻力）、后方台车的牵引阻力，综合以上因素：（1）、盾构外壳与土的摩擦力（2）、盾构推进阻力（正面阻力）（3）、后方台车的牵引阻力所需最大推力按最不利因素考虑盾构机始发水平总推理1200t。三、反力架验算3.1、反力架结构组成反力架主要采用Q235B型钢材料，由基准环、主梁、支撑、预埋件4大部分组成。基准环在水平中心线位置一分为二，分上下2部分，基准环直径与管片直径相同。主梁分竖梁，横梁和八字梁，竖梁采用两榀100#H型钢并行加工焊接而成，横梁及八字梁采用单榀100#H型钢，H型钢每隔一段距离加设肋板。支撑主要采用ф600mm×12mm的钢管，分水平支撑与斜支撑。基准环与主梁以及主梁各部件之间采用8.8级M24高强螺栓相连，支撑与主梁、预埋件采用焊接。反力架结构图3.2、MidasCivil建模验算反力架结构主要借助MidasCivil软件建模验算，模型共划分244个节点和244单元，边界条件为一般支撑和刚性连接，模拟盾构机千斤顶的位置建立节点荷载。本工程盾构机共有16组千斤顶，由上分析盾构机始发掘进的水平推力12000kN，所以节点荷载为12000/16=750kN。（1）、建立模型（2）、结构反力验算部位斜支撑（长杆）斜支撑（单杆）水平支撑上支撑水平反力（kN）1385.42297.21124.9818.2由上可知盾构机在掘进时对反力架影响最大的部位为斜杆，所以要对斜杆的稳定性进行验算如下：斜支撑最大轴力按2298KN考虑,压杆稳定计算如下：截面特性：I=9.584x10-4m4截面积：A=2.2167x10-2要是结构稳定需保证构件最大轴力与截面积的比值小于型钢的屈服强度。约取0.6米λ=μl/i=0.6/0.02=30根据规范φ1=0.9362298×103/2.1267×10-2=125.7Mpa≤0.936×235=216Mpa所以斜杆的稳定性符合要求。（3）、结构扰度及各部件的应力反力架的变形量如下图，可知最大变形为9.6mm（4）、反力架材质强度验算由上图可知弯矩最大值：Mmax=1464.6kN·m，100#H钢的抗弯截面模数：W=1100×104mm3100#H钢的极限屈服强度：[σ]=235MPaσ=M/W=1464.6kN·m/1100×104mm3=200MPa≤[σ]=235MPa结论：反力架材质100#H型钢在始发时受到的最大屈服强度小于极限屈服强度，满足要求四、始发托架验算4.1、始发托架结构组成始发托架主要采用Q235B型钢和43kg重轨材料，有若干榀桁架组成，通过轨道梁把桁架连系在一起。形成整体受力结构。盾体之间作用在轨道梁上，由轨道梁传递荷载到桁架上，再由桁架传递到始发井底地基。轨道梁和桁架采用螺栓、焊接形式连接。如下图所示：4.2、MidasCivil建模验算在进行始发托架建模验算时，模型共划分244个节点和289个单元，盾构机在里程方向上为偏心结构，考虑到盾构机的外壳为刚性结构，可视盾构机作用在导轨上的荷载为梁单元荷载，即线性荷载。通过以上计算得知盾构机总重2940kN,长度为8.73m,作用在轨枕上线荷载为2940/8.73=366kN/m。（1）、建立模型（2）、结构应力计算由上建模计算得知，结构的最大应力作用在导轨上，最大应力为102Mpa，考虑安全因素=102