石家莊市軌道交通3號線一期工程11標段反力架、始發托架結構驗算目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設計說明 1二、盾構機始發階段受力分析 22.1、計算參數 22.2、盾構機荷載計算 22.3、盾構機水平推力計算 3三、反力架驗算 43.1、反力架結構組成 43.2、MidasCivil建模驗算 5四、始發托架驗算 94.1、始發托架結構組成 94.2、MidasCivil建模驗算 9五、結論 11反力架、始發托架結構驗算一、設計說明（1）、該反力架為石家莊市軌道交通3號線一期工程土建施工項目11標段盾構機始發使用。（2）、參照《結構設計原理》、《結構力學》、《土質土力學》及其他施工標段成熟的設計經驗，結合本標段現場實際情況，借助MidasCivil軟件進行反力架結構的設計與驗算。（3）、依據本標段《工程地質勘察報告》，盾構機始發處于的地質巖層主要為粉質黏土，在計算過程中主要參考粉質黏土的力學性能指標。（4）、對于螺栓連接、角焊縫連接處的設計，僅計算其最大受力彎矩和剪力值，而不做截面形式設計，可根據提供彎矩、剪力設計值來調整截面是否需要做加固處理。（5）、力在鋼結構中的傳遞不考慮焊縫的損失二、盾構機始發階段受力分析2.1、計算參數覆土厚度：10.44m粉質粘土容重：γ＝19.5kN/m3粉質粘土的壓縮系數：0.249盾構機主體重量：294t盾構機主體長度：8.73m盾構尾部的外徑為：D=6160mm盾構刀盤直徑為：D1＝6180mm鋼與土的摩擦系數μ1＝0.3后配套輪與鋼軌之間的摩擦系數μ2＝0.15后配套系統G1＝137t最大推力F：42575kN額定扭矩：5286kNm脫困扭矩：6343kNm2.2、盾構機荷載計算依據孫村站右線區間隧道圖確定盾構機始發的的隧道埋深10.44mPe1=γH=19.5*10.44=279.4kPaγ：盾粉質粘土容重；H：埋深；Pe2=Pe1+γD=279.4+19.5*6.16=439kPaD：盾構機直徑；qe1=Pe1*λ=279.4*0.249=55.2kPaλ：壓縮系數；qe2=Pe2*λ=439*0.2=88kPapg=G/D*L=294(6.16*8.73)=5.16kPaqfe1=qe1=55.2kPaqfe2=qe2=88kPaqfw1=120kpaqfw2=180kpaL：盾體長度；D：盾構機直徑；G：盾體自重；2.3、盾構機水平推力計算盾構的總推進力必須大于各種推進阻力的總和，否則盾構無法向前推進。包括盾構外圍與土的摩擦力、盾構推進阻力（正面阻力）、后方臺車的牽引阻力，綜合以上因素：（1）、盾構外殼與土的摩擦力（2）、盾構推進阻力（正面阻力）（3）、后方臺車的牽引阻力所需最大推力按最不利因素考慮盾構機始發水平總推理1200t。三、反力架驗算3.1、反力架結構組成反力架主要采用Q235B型鋼材料，由基準環、主梁、支撐、預埋件4大部分組成。基準環在水平中心線位置一分為二，分上下2部分，基準環直徑與管片直徑相同。主梁分豎梁，橫梁和八字梁，豎梁采用兩榀100#H型鋼并行加工焊接而成，橫梁及八字梁采用單榀100#H型鋼，H型鋼每隔一段距離加設肋板。支撐主要采用ф600mm×12mm的鋼管，分水平支撐與斜支撐。基準環與主梁以及主梁各部件之間采用8.8級M24高強螺栓相連，支撐與主梁、預埋件采用焊接。反力架結構圖3.2、MidasCivil建模驗算反力架結構主要借助MidasCivil軟件建模驗算，模型共劃分244個節點和244單元，邊界條件為一般支撐和剛性連接，模擬盾構機千斤頂的位置建立節點荷載。本工程盾構機共有16組千斤頂，由上分析盾構機始發掘進的水平推力12000kN，所以節點荷載為12000/16=750kN。（1）、建立模型（2）、結構反力驗算部位斜支撐（長桿）斜支撐（單桿）水平支撐上支撐水平反力（kN）1385.42297.21124.9818.2由上可知盾構機在掘進時對反力架影響最大的部位為斜桿，所以要對斜桿的穩定性進行驗算如下：斜支撐最大軸力按2298KN考慮,壓桿穩定計算如下：截面特性：I=9.584x10-4m4截面積：A=2.2167x10-2要是結構穩定需保證構件最大軸力與截面積的比值小于型鋼的屈服強度。約取0.6米λ=μl/i=0.6/0.02=30根據規范φ1=0.9362298×103/2.1267×10-2=125.7Mpa≤0.936×235=216Mpa所以斜桿的穩定性符合要求。（3）、結構擾度及各部件的應力反力架的變形量如下圖，可知最大變形為9.6mm（4）、反力架材質強度驗算由上圖可知彎矩最大值：Mmax=1464.6kN·m，100#H鋼的抗彎截面模數：W=1100×104mm3100#H鋼的極限屈服強度：[σ]=235MPaσ=M/W=1464.6kN·m/1100×104mm3=200MPa≤[σ]=235MPa結論：反力架材質100#H型鋼在始發時受到的最大屈服強度小于極限屈服強度，滿足要求四、始發托架驗算4.1、始發托架結構組成始發托架主要采用Q235B型鋼和43kg重軌材料，有若干榀桁架組成，通過軌道梁把桁架連系在一起。形成整體受力結構。盾體之間作用在軌道梁上，由軌道梁傳遞荷載到桁架上，再由桁架傳遞到始發井底地基。軌道梁和桁架采用螺栓、焊接形式連接。如下圖所示：4.2、MidasCivil建模驗算在進行始發托架建模驗算時，模型共劃分244個節點和289個單元，盾構機在里程方向上為偏心結構，考慮到盾構機的外殼為剛性結構，可視盾構機作用在導軌上的荷載為梁單元荷載，即線性荷載。通過以上計算得知盾構機總重2940kN,長度為8.73m,作用在軌枕上線荷載為2940/8.73=366kN/m。（1）、建立模型（2）、結構應力計算由上建模計算得知，結構的最大應力作用在導軌上，最大應力為102Mpa，考慮安全因素=102