盾构机反力架始发架托架钢套筒受力计算.docx

始发架受力验算盾构机重量表序号设备名称外形尺寸重量（吨）数量备注1刀盘0 6460X13467512前盾0 6460X198015513中盾06450X395516614盾尾06440X32001725拼装机0 4800X1994221由上表得出盾构机总重为T=452t始发架剖面图始发架平面结构图(1) 钢轨计算钢轨在前盾处受力最大，因此选择前盾部分的始发架进行计算，此段始发架长度为2880mm钢轨受斜向正压力，其腹板厚度为15mm前盾约155t，则每侧钢轨受竖直方向的力为78t，其轴向压力为F1=78/COS26.5° =87.2t则由前盾对钢轨腹板所产生压应力:1= F1/A =87.2/ (2880X15) =20.7MPa刀盘重75t，每侧钢轨受竖直方向的力为38t，其轴向压力为F2=38/COS26.5° =42.5t仅按钢轨最前端200mm受力，则由刀盘对钢轨腹板所产生压应力:O 2= F2/A =42.5/ (200X15) =142MPa普通碳素轨的屈服极限为405 MPa，按1.5安全系数取，其容许应力为270 MPa则钢轨腹板总压应力为：2=20.7+142=162.7 MPa<270 MPa因此，其强度符合要求。

2) 工字梁计算1220工字梁纵向按预埋钢板中心为支点进行计算，其受力简图如下所示2880 功5180 (他既血经计算，其最大弯矩为61.69t.m，最大剪力为204.1t如下图所示工字梁截面属性如下:惯性矩:I=3 X 109mm4惯性半径:y=329mm腹板有效面积:A=25920mm2工字梁采用Q345B材质进行制作，其强度计算如下：弯曲应力：O =My/I=61.69X329X107/ (3X109) =67.7MPa<230 MPa剪应力：T =204.1X104/25920=78.7 MPa<132 MPa因此，其强度符合要求3) 横梁计算横梁计算时，不考虑工字梁底部与预埋钢板的焊缝，前盾处始发架的横梁受力最大单侧梁承受前盾的竖向载荷为80t，因此由前盾产生的横向水平拉力为：F1=80Xtan26.6° =40t，前盾处始发架有4根横梁，平均每根横梁受力为10t为保守计算，刀盘产生的横向拉力由最前端一根横梁承受，则其产生横向水平拉力为： F2=35Xtan26.6° =20t则最前端横梁受总水平拉力为F=F1+F2=30t横梁为HW200X200，其截面积为6427mm2，材质为Q235B。

则其拉应力为：O = F/A =30X 104/6427=46.7MPa<150 MPa因此，其强度符合要求4) 横梁连接螺栓计算受力最大的横梁为始发架最前端的一根横梁，根据前述计算可知，其水平拉力为30t，由 4个8.8级M27螺栓连接，则每个螺栓受力为：F=30/4=7.5t8.8级M27螺栓允许最大拉力为35.4t，则每个螺栓安全系数为35.4/7.5=4.72因此，其强度符合要求反力架受力验算负环、反力架纵面反力架剖面(1) 反力架支点图示如上图所示，上下横向杆件及两侧竖向杆件均为三个支撑点，整个反力架共12个支撑点斜撑杆件与横向及竖向杆件通过螺栓连接，无支撑点2）杆件属性横竖向杆件均为同一杆件截面，其截面如下图所示2oy g, H" "II I —T !.500」"惯性矩:I=4.24X 109mm4、惯性半径:y=350mm、腹板面积:A=25600mm2（3）斜撑杆件其截面如下图所示490惯性矩:I=3.57 X 109mm4、惯性半径:y=350mm、腹板面积:A=25600mm2（4） 受力分析反力架所受反力约为1300t,管片均匀作用在横竖向杆件及斜撑杆件上各杆件根据承载 面积分配所受反力。

管片与反力架接触部分可分为8个部分，经过测量，各接触部分面积大体相等，为简化 计算，考虑8个接触部分为平均受力，即各部分受力均为162.5t反力架各杆件均采用Q345材料制作，具体计算如下5） 横向杆件计算横向杆件有三个支撑点，支撑点距离为1700mm，其受力模型如下图所示F1其弯矩图及剪力图如下图所示其中，最大弯矩为155.7KN.m，最大剪力为106.6t弯曲应力：O =My/I=155.7X350X106/ （4.24X109） =12.9MPa<230 MPa剪应力：T =F/A=106.6X 104/25600=41.6 MPa<132 MPa因此，其强度符合要求6）竖向杆件计算竖向杆件有三个支撑点，支撑点距离为2500mm，其受力模型如下图所示卜 顼（J78例mF2经过电算，其弯矩图及剪力图如下图所示T剪力网其中，最大弯矩为176.4KN.m，最大剪力为119.1t弯曲应力：O =My/I=176.4X350X106/ (4.24X109)=14.6MPa<230 MPa剪应力：t =F/A=119.1X 104/25600=46.5 MPa<132 MPa因此，其强度符合要求。

7) 斜撑杆件计算斜撑杆件以与横竖向杆件连接的接头为支撑点，其受力长度约为1.75m，受力模型如下 图所示经过电算，其弯矩图及剪力图如下图所示国力啊其中，最大弯矩为273.4KN.m，最大剪力为62.5t弯曲应力：O =My/I=273.4 X 350X106/ (3.57X109)=26.8MPa<230 MPa剪应力：t =F/A=62.5 X 104/25600=24.4 MPa<132 MPa 因此，其强度符合要求综上所述，反力架设计符合强度要求三、接收钢套筒支撑受力验算1、 工程概况反力架是支撑盾构进洞钢套筒受力架的支撑构件，由u530圆管斜撑及受力钢板构成斜 撑与水平面夹角30度或平行于水平面2、 计算依据及标准① 计算荷载、支撑数据（材质、截面积、构造）② 《碳素结构钢》GB/T700-2006③ 《钢结构设计规范》GB50017-20033、 主要设计参数反力架荷载：1000t*9.8=9800KN；支撑主要材料：Q235A；反力架悬挑梁截面：800*600*20；斜撑圆管截面u530*84、 主要计算对象及目的本次计算对象为盾构进洞钢套筒受力架的支撑构件：反力架及斜撑。

反力架及斜撑示意图：计算的主要目的是验算在反力架受力工况下的强度5、计算过程第一部分：反力架悬挑梁受压计算(1) 基本条件反力架荷载：9800KN，受力立柱数量为3,每个受力立柱受力点为3个，单个受力点荷载为 9800/9=1090KN材料为Q235A2) 计算过程与结果悬挑梁受压截面积为：0.6*2*0.02+0.76*2*0.02=0.0544 皿，压 应力1=1090/0.0544~20037kPa=20MPa1<375MPa,安全系数约9.4，反力架悬挑梁受压强度符合要求Q235A钢，板厚20mm厚，抗拉强度为375Mpa,《钢结构设计规范》表3.4.1-1)第二部分：斜撑受压计算(1) 基本条件斜撑材质Q235A单个斜撑受力为1090KN，保守计算考虑斜撑受压和受剪两个工况受力示意图如下：..(2) 计算过程与结果斜撑圆管截面积为：S=3.14* (0.53-0.008) *0.008=0.013 皿受压工况：压应力 o 2=F1/S=944/0.013=72615kPa=72.6MPa受剪工况：剪应力 t 1=F2/S=545/0.013=41923kPa=41.9MPao 2=72.6MPa<215MPa,安全系数约 2.96, t 1=41.9MPaV125MPa，安全系数约 2.98。

结论：斜撑圆管受压与受剪强度符合要求Q235A钢，板厚8mm厚，抗拉强度为215Mpa，抗剪强度125MPa，《钢结构设计 规范》表3.4.1-1）第三部分：斜撑焊缝计算（1） 基本条件斜撑材质Q235A斜撑焊缝为等强度焊接，斜撑与水平面夹角30°，则根据投影关系，斜撑受剪焊缝截面积 S1=S*2=0.013*2=0.026 皿，斜撑受压焊缝截面积 S2=S/1.732*2=0.013/1.732*2=0.015 皿2） 计算过程与结果焊缝剪应力 T2=F/S1=1090/0.026~41923kPa=41.9MPa< 125MPa，安全系数约为2.98，可知斜撑圆管焊缝抗剪强度满足使用要求焊缝压应力 o 3=F/S2=1090/0.015~72666kPa=72.7MPa<215MPa，安全系数约为2.96，可知斜撑圆管焊缝抗压强度满足使用要求Q235A钢，焊缝厚度8mm，抗压强度215MPa，抗剪强度125MPa，《钢结构设计规范》表 3.4.1-3)焊缝示意图第四部分：预埋板受力计算1、 基本条件底板材质Q235A2、 计算过程与结果只要考虑水平分力Fx,而不用考虑其垂直分力Fy;Fx= F cosa=530x104N cos45°=374.8x104N则钢筋平均剪应力为=Fx/ ( 0.7X0.8 ) =374.8x104/0.56=69.6 MPa ＜钢筋抗剪强度fv=125MPa。

可知底板受力强度满足使用要求底板受力示意图第五部分：预埋板抗拔计算接收按照2%o上坡接收，接收推力按照掘进中最大1000T计算，则竖向力为Fb=1.5*10000*2*10-3=30KN预埋板抗拔能力为:Fb=knFd=0.9*8*(335*3.14*252*10-3/4=2366.78 KN >30KN，满足要求结论：以上均符合承载力要求，故斜撑结构可以满足施工要求四、接收钢套筒壳体承压验算1、 已知条件(1) 材料：圆筒壳体和加劲肋均采用Q235B钢材，f=215MPa圆筒壳体纵缝用螺栓连接，每环纵缝共有16个螺栓，螺栓型号：M30, 8.8级，ftb=400MPa(2) 截面尺寸圆筒内径为6700mm，筒壁厚20mm，加劲肋高140mm，厚20mm2、 计算简图及假定假设：圆筒受均匀内压力P (MPa),取宽度为x的圆筒，筒壁等效厚度te=17.3mm，其 受力简图为：圆筒受内压力计算简图由于其对称性，取半圆分析计算：半圆计算简图由静力平衡条件可知：2F=P・D・xF=P-D-x2