反力架托架计算讲解学习.docx
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反力架托架计算讲解学习
反力架、托架计算
附件2反力架验算
反力架与结构间用双拼56b工字钢管撑,支撑布置见下图。
反力架支撑受力验算
实际始发掘进正常推力一般不超过1000t,且加设钢环对应力起均衡作用,考虑不均匀受力和安全系数,总推力按3000t计算。
四个集中力P按3000t平均分配计算,四个集中受力范围内P按3000t平均分配计算,管片承受总推力为3000t,集中受力点平均分配得750t。
反力架本身刚度可达到要求,不会因推力而变形考虑,若图中所示四个受力区域可满足推力要求,则反力架支撑稳定,先计算四个角的钢支撑受力面积。
左侧立柱为斜支撑受力最不利,按750t平均分配到4个支撑点,每点受力为188t,其中双拼工字钢截面面积为29327mm2:
斜支撑受力最为不利,若此区域可满足最不利受力条件,则反力架稳定,按最不利受力状态,平均分配计算,每个角支撑所受压力为750t,双拼工字钢受力为188t;双拼工字钢应力为188t/29327mm2cos38°=50.5N/mm2,钢材设计强度为235N/mm2,故支撑可满足盾构始发要求,即反力架稳定。
附件3始发基座验算
(1)计算简图:
盾构托架使用250x255H型钢制作,共13道横向支撑,上图为一道横向支撑的半侧,主要受力梁为2号与4号梁。
盾构机按照374t计算,由受力分析可得发射架每边承受总力:
,得
发射架共13道横向支撑,共12个区间,每个区间受力:
最后力传递至横向支撑,由13个支撑承受,得水平力:
(2)2号梁计算:
按照图纸取每个区间支撑钢板0.89m
支撑钢板截面积为:
,2号梁长
。
支撑钢板最小惯性矩
,
,长细比
(两端固定,
),经查表:
,属小柔度结构,其强度计算公式为:
,满足受力要求。
(3)4号梁计算:
4号梁从受力角度也为小柔度结构,其强度计算公式为
满足受力要求。
螺栓受力:
焊缝受力:
根据以上计算可知盾构托架满足盾构机始发的受力要求。
附件4盾构机的推力计算
盾构机的推力计算按照始发阶段泥岩地层进行计算。
1、在软土中掘进时盾构机的推力的计算
地层参数按⑦1-1泥岩、粉砂质泥岩选取,由于岩土体中水量较小,所以水压力的计算按水土合算考虑。
选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。
根据线路的纵剖面图,⑦1-1层埋深不大,在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力Pe时,可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。
盾构机所受压力:
Pe=γh+P0
P01=Pe+G/DL
P1=Pe×λ
P2=(P+γ.D)λ
式中:
λ为水平侧压力系数,λ=0.42
h为上覆土厚度,h=12.5m
γ为土容重,γ=1.9t/m3
G为盾构机重,G=340t
D为盾构机外径,D=6.25m;L为盾构机长度,L=8.39m;P0为地面上置荷载,P0=2t/m2;P01为盾构机底部的均布压力;P1为盾构机拱顶处的侧向水土压力;P2为盾构机底部的侧向水土压力;Pe=1.9×12.5+2=25.75t/m2
P01=25.75+340/(6.25×8.39)=32.23t/m2P1=25.75×0.42=10.81t/m2
P2=(25.75+2×6.25)×0.42=16.06t/m2
盾构推力计算
盾构的推力主要由以下五部分组成:
式中:
F1为盾构外壳与土体之间的摩擦力;F2为刀盘上的水平推力引起的推力
F3为切土所需要的推力;F4为盾尾与管片之间的摩阻力
F5为后方台车的阻力
,
式中:
C为土的粘结力,C=6.3t/m2
式中:
WC、μC为两环管片的重量(计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内,当管片容重为2.5t/m3,管片宽度按1.5m计时,每环管片的重量为24.12t),两环管片的重量为48.24t考虑。
μC=0.3
式中:
Gh为盾尾台车的重量,Gh≈160t;
θ为坡度,tgθ=0.025
μg为滚动摩阻,μg=0.05
盾构总推力:
盾构的扭矩计算
盾构配备的扭矩主要由以下九部分组成。
在进行刀盘扭矩计算时:
式中:
M1为刀具的切削扭矩;M2为刀盘自重产生的旋转力矩
M3为刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩;M4为密封装置产生的摩擦力矩
M5为刀盘前表面上的摩擦力矩;M6为刀盘圆周面上的摩擦力矩
M7为刀盘背面的摩擦力矩;M8为刀盘开口槽的剪切力矩
M9为刀盘土腔室内的搅动力矩
a.刀具的切削扭矩M1
式中:
Cг:
土的抗剪应力,
Cг=C+Pd×tgφ=2.5+13.09×tg22°=7.79t/m2
hmax:
刀盘每转的最大切削深度,hmax=8cm/转
R0:
最外圈刀具的半径,R0=3.14m
b.刀盘自重产生的旋转力矩M2
M2=GRμg
式中:
G:
刀盘自重,计算时取刀盘的自重为G=60t
R:
轴承的接触半径,计算时取为R=2.6m
μg:
滚动摩擦系数,计算时取为μg=0.004
M2=60×2.6×0.004=0.624t﹒m
c.刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩M3
M3=WpRgμzWp=απRc2Pd
式中:
Wp:
推力荷载;α:
刀盘封闭系数,α=0.70
Rg:
轴承推力滚子接触半径,Rg=1.25m;Rc:
刀盘半径,Rc=3.14
μz:
滚动摩擦系数,μz=0.004;Pd:
水平土压力,Pd=13.09t/m2
Wp=0.70π×3.142×13.09=283.82t;
M3=283.82×1.25×0.004=1.42t﹒m
d.密封装置产生的摩擦力矩M4
M4=2πμmF(n1Rm12+n2Rm22)
式中:
μm:
密封与钢之间的摩擦系数,μm=0.2;F:
密封的推力,F=0.15t/m
n1、n2:
密封数,n1=3n2=3;Rm1、Rm2:
密封的安装半径,Rm1=1.84mRm2=2.26m;
M4=2π×0.2×0.15×(3×1.842+3×2.262)=4.80t·m
e.刀盘前表面上的摩擦力矩M5
式中:
α:
刀盘开口率,α=0.34;μP:
土层与刀盘之间的摩擦系数,μP=0.15
R:
刀盘半径,R=3.14m
f.刀盘圆周面上的摩擦力矩M6
M6=2πR2BPZμP
式中:
R:
刀盘半径,R=3.14m;B:
刀盘宽度,B=0.775m
PZ:
刀盘圆周土压力
PZ=(Pe+P01+P1+P2)/4=(
)/4=23.46t/m2
M6=2π×3.142×0.775×23.46×0.15=168.95t·m
g.刀盘背面的摩擦力矩M7
M7=2/3[(1-α)πR3μP×0.8Pd]
M7=2/3(0.70×π×3.143×0.15×0.8×13.09)=71.3t·m
h.刀盘开口槽的剪切力矩M8
式中:
Cτ:
土的抗剪应力,因碴土饱和含水,故抗剪强度降低,可近似地
取C=0.01Mpa=1t/m2,φ=5°;Cτ=C+Pd×tgφ=1+13.09×tg5=2.15t/m2
i.刀盘土腔室内的搅动力矩M9
M9=2π(R12-R22)LCτ
式中:
d1:
刀盘支撑梁外径,d1=3.7m;d2:
刀盘支撑梁内径,d2=2m
L:
支撑梁长度,L=0.8m
M9=2π(1.852-12)×0.8×2.15=26.18t·m
刀盘扭矩M为M1~M9之和
M=3.072+0.624+1.42+4.8+43.29+168.95+71.3+47.4+26.18
=367.036t·m
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