反力架计算书

1、目 录一、设计、计算总说明 1二、计算、截面优化原则 1三、结构计算13.1 反力架布置形式 13.2力学模型23.3荷载取值33.4力学计算3四、截面承载能力复核 64.1截面参数计算6五、截面优化分析8六、水平支撑计算9七、螺栓连接强度设计 107.1计算参数确定107.2 弯矩设计值Mma湘剪力设计值Vmax10一、设计、计算总说明该反力架为广州市地铁21号线11标水西站长平站盾构区间右线盾 构机始发用。反力架外作用荷载即盾构机始发的总推力乘以动荷载效应系数加所有不 利因素产生的荷载总和，以1600吨水平推力为设计值。反力架内力计算采用中国建筑科学研究院开发的PKPM200版钢结构STS

2、模块为计算工具。对于螺栓连接、角焊缝连接处的设计，仅仅计算其最大设 计弯矩和剪力值，而不作截面形式设计，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。二、计算、截面优化原则1、以偏向于安全性的原则。所有计算必须满足实际结构受力的情况，必 须满足强度、刚度和稳定性的要求。2、在满足第1项的前提下以更符合经济性指标为修改结构形式、截面参 数等的依据。3、参照以往施工项目的设计经验为指导，借鉴其成熟的结构设计形式， 以修改和复核计算为方向进行反力架结构设计。4、但凡构件连接处除采用螺栓连接外，需要视情况进行必要的角焊缝加 固，特殊情况下，可增设支托抗剪、焊钢板抗弯，以保证连接处强度不低于

3、 母体强度。三、结构计算3.1反力架布置形式由两根立柱和两根横梁以及水平支撑组成。立柱与横梁采用高强螺栓连 接，为加强整体性一般按照以往施工项目的施工经验另需在连接处焊接，故所有节点都为固定连接。所有连接在设计时必须要求连接处强度不得低于母体强度。祐三吕 总加 I欣5工I图3-1反力架平面布置图3.2力学模型如上图所示，反力架为一门式刚架。立柱计算高度为6630mm上下各有两个横梁，计算跨度为5700mm根据连接形式，以及荷载传递路径可按如下计算模型设计：JI图3-2反力架计算模型其中：L1、L2为水平横梁与部分钢负环直接接触。H1、H2为立柱，底部与井底板预埋钢板固接，中间与横梁、斜向连杆、

4、 水平支撑固定连接。Z1Z7为水平支撑，一端固接与反力架一端固接在井壁预埋钢板上。荷载传递路径分析：盾构机水平推力F-负环管片-钢负环-反力架-水平支撑以及井底、井 壁的支座。3.3荷载取值一.根据海瑞克公司提供的总荷载设计值为F=1600吨。平均分配到钢负环上。如下图所示。I f1j if fti*'訂4，:；-J二钢负环把荷载传递到反力架上的四个受力区域（即图3.2所示的A B、C D四个区域）每个区域二- 二的 Fi 为 1/4 F。I I fl ifF=1600t*9.8kN/t=15680kN ;Fi=F/4=3920kN。图3-3荷载分布示意图3.4力学计算根据以上分析，我

5、们分别建立横梁、立柱、支撑的计算模型。因为横梁 的荷载是传递到立柱和水平支撑上的，故应计算为横梁-立柱-水平支撑-井壁支座。3.4.1横梁L1计算q1=F1/2.39m=1640kN/m.L0=5.7mX1= X2=1.655mq1f XC71 O -J -J# '' 、 . 1 -37.037.0图3-6 L1剪力图（kN）3.4.2横梁L2计算qq2=H/2.39m=1640kN/m.Lo=5.7mX=X=1.655m。图3-7 L2计算简图!'：1781. 51784.5343立柱H2计算图3-10Hi|z受力图如左图所示，6即为钢负环传递的荷载，R、R 2为横梁

6、Li、L2传递的支座反力，立柱H、H2计算模型相同。Q=F2/2.39m=1640kN/m;Lo=6.555m;R1=382kN;R2=2678kN.图 3-11Hi|z弯矩图（kN.m）图3-12H1|z剪力图（kN）四、截面承载能力复核4.1截面参数计算图4-1横截面示意图横梁和立柱采用箱式截面，腹板为 2*（640*30） mm 翼缘采用 2*（ 500*30） mm2A 腹板=640*30=19200mn；2A 翼缘=500*30=15000mn；2As=2* （ A 腹板 + A 翼缘）=68400mmlx （*500*30 3 15000*335 2）*2 （ *30*640 3）

7、*212 12lx=4679720000 mm4Ix3W4x13370628.57mm3h/24.2.1 L1截面复核查弯矩图、剪力图，得 Ma>=793.1 kN.m ；Vmax=2276.2 kNmaxMmax 793.1*10 6N.mm ,max359.3MPaWx13370628.57 mm3max3Vmax2276.2*10 ? 59.3MPa2* A复板2*19200 mm2查钢结构设计规范可知：S =210MPa t =120MPa故经检验3 max< 5 ,T max< T ；横梁Li满足强度设计要求。4.2.2 L2 截面复核查弯矩图、剪力图，得MnaX=

8、3030kN.mVmax=2678.9 kN ;maxMmax 3030*10 N.mm ,3226.6MPaW<13370628.57 mm3max3Vmax2768.9*10 Nmax272.1MPa2* A复板2*19200 mm查钢结构设计规范可知：5 =210MPa t =120MPa故经检验5 max5 ,T max< T ；横梁L2不能满足正截面强度要求。4.2.3. H1|2 截面复核查弯矩图、剪力图，得:Mmax=655.9kN.mVmax=1787.9kNmaxMmax655.9*10 N.my 49/MPaWx13370628.57 mm3max3Vmax17

9、87.9*10 * 46.6MPa2* A复板2*19200 mm2查钢结构设计规范可知：S =210MPa T =120MPa故经检验3 max5 , T max< T ；横梁Hb不能满足正截面强度要求。五、截面优化分析通过以上分析和计算我们发现横梁Li上的最大正应力和最大剪应力远小于许用正应力和许用剪应力；横梁 L2的最大正应力略大于许用正应力。故，从使用角度和经济角度上看，我们需要对横梁Li和Lz进行截面参数调整，以使其更符合上述要求。注：虽然通过计算立柱Hi和H2的最大正应力和最大剪应力也远小于许用 正应力和许用剪应力，但立柱不但要承受横梁传递的支座反力R同时还需要承受横梁传递的

10、扭矩。考虑到箱型梁抗扭转的极惯性矩Ic A 2*dA，是非常规 计算可以得出的。故在上述计算中未考虑立柱的抗扭转强度，而是根据经验值预留一定的安全强度储备。zr/zzzTVzzzz/J?X- >/yy Z7."i(1)横梁L1截面优化计算取L1截面参数如下图所示ly=1749860000mm4Wy=6685314.3mm3A 腹板=19200mm2A 翼缘=15000mm2As=34200mm2则有:maxmaxWx793.1*10 6 N.mm6685314.3mm3118.6MPaVmaxmax2 A复板2768.9*103N219200mm118.6MPa 所以，横梁L1

11、截面调整为如图5-1所示 的截面形状。（2）横梁L2截面优化计算Iz=6371666667mm4Wz=18204761.9mm3A 腹板=36000mm2A 翼缘=50000mm2图5-1横截面示意maxAs=86000mm2maxWx63030*10 N.mm18204761.9mm166.4MPa376.9MPaVmax2768.9*10 N22* A腹板36000mm所以，横梁L1截面调整为如图5-1所示的截面形状。六、水平支撑计算2A 腹板=640*30=19200mm2A 翼缘=500*30=15000mm2As=2*( A腹板 + A 翼缘)=68400mm13213Ix (*50

12、0*30 3 15000*335 2)*2(*30*640 3)*212 124I x=4679720000 mmIx3W,x13370628.57mm3h/2注：水平支撑计算中，我们只考虑水平支撑的轴压计算，不考虑其受弯承载能力计算，即假定水平支撑是二力杆结构。查上述立柱、横梁的剪力图，在水平支撑处，取剪力突变值为水平支撑 的轴压力N,从中求得Nnax作为校核依据N仁N3=283.2+363.仁646.3kN;N2=4552.4kN;N3二N4=1732.3+1787.9=3520.2kN;N6二N7=2678.9+93.3=2772.2kN;则有：Nmax=3520.2kNN maxmax.As33520.2*10 N251.5MPa68400mm2所以，水平支撑满足强度要求。七、螺栓连接强度设计7.1计算参数确定螺栓采用8.8级A普通螺栓，直径为26mmftb 350MPa ;fvb 250 MPa 。7.2弯矩设计值 MmaX和剪力设计值 Vmax由 Nmax 先 得: Mmaxy1maxd24350*3.14*26*2*2(1252502)231.8kN.myi通过计算可知，螺栓连接处最大可承受弯矩为为2