反力架验算(midas)

目录

一、设计总说明 (2)

二、设计原则 (2)

三、设计步骤 (3)

四、结构设计 (3)

4.1、主梁部分 (3)

4.2、支撑部分 (3)

4.3、预埋件部分 (4)

五、反力架受力分析 (4)

5.1、盾构始发时最大推力计算 (4)

5.2、反力架荷载计算 (4)

5.3、反力架材质强度验算 (5)

5.4、ф600mm钢管支撑验算 (5)

5.4.1、强度验算 (5)

5.4.2、稳定性验算 (6)

5.5、斜支撑底板强度验算 (7)

六、结语 (7)

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反力架结构验算

一、设计总说明

（1）、该反力架为南昌市轨道交通1号线一期工程土建一标DZ012盾构机始发使用，本文验算使用于双港站至蛟桥站下行线盾构机始发

（2）、反力架外作用荷载主要为盾构机始发掘进的总推力，根据进洞段的水文地质资料及洞口埋土深度结合上行线始发掘进经验、盾构机水土压力设为0.21MPA，不做推算。

（3）、参照《结构设计原理》、《结构力学》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进行反力架结构设计与验算。

（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、设计原则

反力架的设计依据盾构机始发掘进反力支承需要，按照盾构机掘进反向力通过16组斤顶支承在隧道管片，隧道管片又支承在反力架的工作原理进行设计。设计外形尺寸不得与盾构机各部件及隧道洞口空间相干扰，同时要求结构合理，强度、刚度满足使用要求，加工方便，且单件便于运输。

反力架支撑属于压杆，最佳受力状态便是尽量使截面在各个方向上的惯性矩相等，即（I y=I z），因此在此采用圆环形截面做支撑结构也是理想选择。材料确定之后，接下来便要对支撑的结构进行合理的设计，总的设计原则便是让反力架整体变形达到最小。

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三、设计步骤

（1）、分析各杆件的类型，计算出各杆件的临界荷载。

（2）、对于反力架进行受力分析，确定出支撑点的最佳位置，使反力架整体变形最小。

（3）、布置好支撑位置后，验算反力架工字钢的强度与刚度，保证二值在规范允许范围内。

（4）、对支撑本身进行加固，形成一个桁架结构，使整个支撑可看成一个刚体，确保整体稳定性。

四、结构设计

盾构反力架主要采用70#H型钢及2mm厚钢板加工拼接而成，反力架分为主梁、支撑和预埋件三大部分。

4.1、主梁部分

反力架主梁分为竖梁、横梁及八字梁部分，反力架竖梁采用两榀70#H型钢并行加工焊接而成，横梁与八字梁采用20mm厚的钢板焊接成700mm×400mm的矩形结构形式，中间50cm设置一道肋板。

4.2、支撑部分

反力架支撑采用ф600mm×12mm的钢管和H200mm的工字钢。支撑要求一头焊接于主梁上，一头焊接于预埋钢板上。

根据现场施工情况，支撑主要分为斜支撑和直支撑两种。反力架的底部、上部和一侧采用直支撑，另一侧采用斜支撑。上部直支撑设置3道，为了减轻自重，采用H200mm的工字钢，底部直支撑设置4道，采用ф600mm×12mm的钢管，两侧直支撑和斜支撑各设2道，采用ф600mm×12mm的钢管。钢管斜支撑的斜撑角度为45°。

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4.3、预埋件部分

预埋件是用来固定反力架支承钢管的，根据计算出的支承钢管根部受力大小，进行预埋筋和预埋钢板的设置。本工程斜撑底角钢板采用2块1600mm×900mm×20mm植入在车站底板上，用于固定钢板的钢筋分别为ф32×40cm×37根和ф32×40cm×39根，植入过程使用冲击转打眼，适当密封胶，用重锤将钢筋砸入预先转好的孔洞中。

五、反力架受力分析

5.1、盾构始发时最大推力计算

根据进洞段的水文地质资料及洞口埋土深度，盾构机前水土压力为0.21MPa。

盾构机推进最小推力为：

Fmin=0.21×3.14×3.142×106/103=6501kN

盾构机进洞最大推力控制在:

T=2Fmin=2×6626.2=13002kN

5.2、反力架荷载计算

负环管片周度：

L=3.14×6.0=18.84m

作用于反力架的均布荷载为：

q=T/L=13002/18.84m=690kN/m

反力架主梁受力图及弯矩图如下：

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q=690kN/m

A D

B C

Mmax=3105kNm

A D

B C

5.3、反力架材质强度验算

由上图可知弯矩最大值：

Mmax=1/8*ql2

=1/8×690×6×6=3105kN·m，

70#H钢的抗弯截面模数：W=1340×104mm3

70#H钢的极限屈服强度：[σ]=215MPa

σ=M/W=3105kN·m/1340×104mm3

=3105×106/1340×104

=201MPa≤[σ]=215MPa

结论：反力架材质70#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

5.4、ф600mm钢管支撑验算

5.4.1、强度验算

根据计算ф600mm钢管支撑最大作用力：

F=13002KN/4

=3251Kn

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6ф600mm 钢管支撑截面积：

A=3.14×0.6×0.012

=0.0226m 2

ф600mm 斜支撑钢管所受推力：

N=3251kN/cos45°=4598kN

斜支撑钢管所受的屈服强度：

σ=N/A=4598000N/0.0226m 2

=203451327Pa=204MPa ≤[σ]=215MPa

结论：ф600mm 斜支撑钢管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。

5.4.2、稳定性验算

根据计算ф600mm 钢管的截面惯性矩：

d + d 1220.35 + 0.322i 0.461

根据计算ф600mm 钢管的杆件长细比：

λ=μL/i = 0 . 7 × 1 0 . 8 / 0 . 4 6 1

= 1 6 . 4≤λs =61.4

λ：杆件长细比；

λ≥λv 属细长杆；

λv >λ>λs 属中长杆；

λ≤ λs 属短粗杆；

L ：杆件长度；

μ:长度系数μ取0.7；

结论：此ф600钢管支撑属短粗杆，杆件稳定性满足要求。