反力架計算書

1、廣州市軌道交通21號線工程【11標】【水西站長平站】盾構(gòu)區(qū)間 始發(fā)托架計算書目 錄一、設計、計算總說明1二、計算、截面優(yōu)化原則1三、結(jié)構(gòu)計算13.1 反力架布置形式13.2力學模型23.3 荷載取值33.4力學計算3四、截面承載能力復核64.1 截面參數(shù)計算6五、截面優(yōu)化分析8六、水平支撐計算9七、螺栓連接強度設計107.1計算參數(shù)確定107.2 彎矩設計值Mmax和剪力設計值Vmax10一、設計、計算總說明該反力架為廣州市地鐵21號線11標水西站長平站盾構(gòu)區(qū)間右線盾構(gòu)機始發(fā)用。反力架外作用荷載即盾構(gòu)機始發(fā)的總推力乘以動荷載效應系數(shù)加所有不利因素產(chǎn)生的荷載總和，以1600噸水平推力為設計值。反

2、力架內(nèi)力計算采用中國建筑科學研究院開發(fā)的PKPM2005版鋼結(jié)構(gòu)STS模塊為計算工具。對于螺栓連接、角焊縫連接處的設計，僅僅計算其最大設計彎矩和剪力值，而不作截面形式設計，可根據(jù)提供彎矩、剪力設計值來調(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)濟性指標為修改結(jié)構(gòu)形式、截面參數(shù)等的依據(jù)。3、參照以往施工項目的設計經(jīng)驗為指導，借鑒其成熟的結(jié)構(gòu)設計形式，以修改和復核計算為方向進行反力架結(jié)構(gòu)設計。4、但凡構(gòu)件連接處除采用螺栓連接外，需要視情況進行必要的角焊縫加固，特殊

3、情況下，可增設支托抗剪、焊鋼板抗彎，以保證連接處強度不低于母體強度。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螺栓連接，為加強整體性一般按照以往施工項目的施工經(jīng)驗另需在連接處焊接，故所有節(jié)點都為固定連接。所有連接在設計時必須要求連接處強度不得低于母體強度。圖3-1 反力架平面布置圖3.2力學模型如上圖所示，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環(huán)直接接觸。H1、H2為立柱，底部與井底板

4、預埋鋼板固接，中間與橫梁、斜向連桿、水平支撐固定連接。Z1Z7為水平支撐，一端固接與反力架一端固接在井壁預埋鋼板上。荷載傳遞路徑分析：盾構(gòu)機水平推力F負環(huán)管片鋼負環(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)海瑞克公司提供的總荷載設計值為F=1600噸。平均分配到鋼負環(huán)上。如下圖所示。鋼負環(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1/4 F。F=1600t*9.8kN/t=15680kN；圖3-3 荷載分布示意圖Fi=F/4=3920kN。3.4力學計算根據(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

5、柱和水平支撐上的，故應計算為橫梁-立柱-水平支撐-井壁支座。3.4.1橫梁L1計算q1=F1/2.39m=1640kN/m.L0=5.7mX1=X2=1.655m。圖3-4 L1計算簡圖圖3-5 L1彎矩圖（kN.m）圖3-6 L1剪力圖 (kN)3.4.2橫梁L2計算q2=F2/2.39m=1640kN/m.L0=5.7m圖3-7 L2計算簡圖X1=X2=1.655m。圖3-8 L2彎矩圖(kN.m)圖3-9 L2剪力圖（kN）3.4.3立柱H12計算如左圖所示，qh即為鋼負環(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=1640

6、kN/m;L0=6.555m;R1=382kN;R2=2678kN.圖3-10H1|z受力圖圖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；Ix=4679720000 mm4圖4-1橫截面示意圖4.2.1 L1截面復核查彎矩圖、剪力圖，得Mmax=793.1 kN.m； Vmax=2276.2 kN；查鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范可

7、知：=210MPa；=120MPa。故經(jīng)檢驗max<, max<；橫梁L1滿足強度設計要求。4.2.2 L2截面復核查彎矩圖、剪力圖，得Mmax=3030kN.m； Vmax=2678.9 kN；查鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范可知：=210MPa；=120MPa。故經(jīng)檢驗max, max<；橫梁L2不能滿足正截面強度要求。4.2.3. H1|2截面復核查彎矩圖、剪力圖，得： Mmax=655.9kN.m； Vmax=1787.9kN； 查鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范可知：=210MPa；=120MPa。故經(jīng)檢驗max, max<；橫梁H12不能滿足正截面強度要求。五、截面優(yōu)化分析通過以上分析和計算

8、我們發(fā)現(xiàn)橫梁L1上的最大正應力和最大剪應力遠小于許用正應力和許用剪應力；橫梁L2的最大正應力略大于許用正應力。故，從使用角度和經(jīng)濟角度上看，我們需要對橫梁L1和L2進行截面參數(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的最大正應力和最大剪應力也遠小于許用正應力和許用剪應力，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)強度，而是根據(jù)經(jīng)驗值預留一定的安全強度儲備。（1）橫梁L1截面優(yōu)化計算取L1截面參數(shù)如下圖所示;Iy=1749860000mm4Wy=6685314.3mm

9、3A腹板=19200mm2A翼緣=15000mm2圖5-1橫截面示意圖As=34200mm2則有: 所以，橫梁L1截面調(diào)整為如圖5-1所示的截面形狀。（2）橫梁L2截面優(yōu)化計算Iz=6371666667mm4Wz=18204761.9mm3圖5-1橫截面示意圖 A腹板=36000mm2A翼緣=50000mm2As=86000mm2 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=4679720000 mm4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，水平支撐滿足強度要求。七、螺栓連接強度設計7.1計算參數(shù)確定螺栓采用8.8級A普通螺栓，直徑為26mm。 。7.2 彎矩設計值Mmax和剪力設計