某泥水盾构机盾尾强度计算书Word文档格式.docx
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地下水水位(100年水位)
Hw
59.28
49.16
(4)
N値
-
(5)
内摩擦角
φ
deg
(6)
地层反作用力系数
K
N/cm3
(7)
土壤的粘结力
C
kN/m3
不考虑
(8)
土壤单位体积的重量
γ
19
(9)
土壤单位体积的重量(水中)
γ'
9
(10)
盾构机外径
D
mm
14930
(11)
盾尾钢板厚度
t
100,70
(12)
使用的材料
Q345B,Q345E
(13)
允许应力
(拉伸、压缩均相同)
σy
N/mm2
275
3负载的计算
3.1土水压负载条件
作用于盾尾的外部压力可以认为有土压、地下水水位(土水分离)、路面负载及自重。
另外,除了因最终的半径方向变位而产生的地层反作用力作用于盾尾外,由于盾尾还受到土壤的弹性支承,因此很难求出最终变位量。
因此,在这里省略作为外部压力的地层反作用力。
负载应该考虑土压、地下水水压以及盾构机的自重,按所有埋深来计算。
另外,水平方向土压的侧压系数K1设定为K1=0.3。
【荷重計算】
上载负载P1、P2为∶
P1=γ’H+γwHw+Po
P2=P1+S
式中∶
S=πg=πγot
水平负载Q1、Q2为:
Q1=K1(γ’H1)+γwHw
Q2=K1{γ’(H1+2R)}+γw(Hw+2R)
符号说明
t
HW
地下水距离工作井顶部的高度
R
盾构机外半径
土壤的内摩擦角
S
盾尾自重
土壤的单位体积重量
g
盾尾的单位体积重量
γ’
土壤的单位体积重量(水中)
K1
侧向土压系数
γW
水的单位体积重量
γo
钢材的单位体积重量
【CASE1】
〈输入数据Inputdata>
H=20.660mHW=9.280m
γ=19.000kN/m3γ'
=9.000kN/m3
γW=10.000kN/m3φ=0.000deg
Po=0.000kN/m2K=------N/cm3
C=--------kN/cm2R=7465.000mm
R'
=7415.000mmt=100.000mm
〈输出结果Outputresults>
K1=0.400B=--------m
H1=--------mI=83.333×
0.000001m4/m
δ=322.037mmS=24.662kN/m2
g=7.850kN/m2P1=778.740kN/m2
P2=803.400kN/m2Q1=667.176kN/m2
Q2=870.224kN/m2
【CASE2】
H=47.660mHW=49.160m
γW=10.000kN/m3φ=0.000deg
C=--------kN/cm2R=7465.000mm
=7415.000mmt=100.000mm
K1=0.400B=--------m
H1=--------mI=83.333×
δ=2420.894mmS=24.662kN/m2
g=7.850kN/m2P1=920.540kN/m2
P2=945.200kN/m2Q1=663.176kN/m2
Q2=866.224kN/m2
3.2曲线施工时的合成偏向负载
盾构机进行曲线施工时,半数左右的盾构油缸进行单侧推出,将盾构机本体受到的土体的反力作为偏向负载考虑。
计算结果
备考
1
盾构机总推力
P
kN
278,400
2
14.93
3
开挖面水压
pw
kN/m2
667
4
全面阻力
Pf
kN/m2
116,771
Pf=pw・πD2/4
5
单侧推力
Pt
80,815
Pt=(P-Pf)/2
6
管片中心半径
r
6.95
7
偏向负载作用位置
b
4.42
b=2r/π
8
1/2本体长度
L
7.29
本体半径
7.465
10
末端旋转阻力
q2
675
q2=3・Pt・b/(4R・L2)
平均偏向负载
q
338
q=q2/2
3.3注浆追加压力
注浆时的注入压力按下图所示的作用范围考虑。
注浆追加压力1MPa-0.7MPa=0.3MPa
4盾尾部的模型化
4.1固定条件
支架的安装部位进行全方位固定,竖梁台底座固定在Y轴方向。
4.2模型化
5解析结果
通过FEM,进行了盾尾部分的强度计算,最大应力和最大位移的结果如下:
所用的材料为Q345B、E,其屈服点为275N/mm2。
材料的容许应力规定如下:
长期容许应力:
屈服点为/1.5,即:
275/1.5=183N/mm2
短期容许应力:
为长期容许应力的1.5倍,即为275N/mm2
只考虑土水压负载的Case1-1与Case2-1的容许应力适用于长期容许应力,考虑到土水压负载、偏向负载以及注浆荷载的Case1-2与Case2-2的容许应力适用于短期容许应力。
表2.本体强度解析结果
CASE 1
CASE 2
土水压负载
+偏向负载
+注浆压力
最大应力
68N/mm2
136N/mm2
86N/mm2
145N/mm2
材料的容许应力
183N/mm2
275N/mm2
安全率
2.69
2.02
2.13
1.90
最大位移
2.9mm
15.8mm
7.5mm
15.2mm
壳体钢板用材料 Q345B,Q345E
6结论
根据FEM分析的结果,如果考虑发生的最大应力在长期容许应力之内,可以说是十分安全的。
由于位移量在25mm以下,盾尾间隙为50mm,所以可以判断位移量也在容许值之内。
(モデル名:
14930_HONTAI_TAIL_V100.PRT)
【Case1】
Case1-1(結果名:
hontai_14930_v00)
应力(200N/mm2以上时显示变红)
約68N/mm2
変位(最大変位量 約2.9mm)位移(最大位移量约2.9mm)
Case1-2(結果名:
应力(300N/mm2以上时显示变红)
約136N/mm2
変位(最大変位量 約15.8mm) 位移(最大位移量约15.8mm)
【Case2】
Case2-1(結果名:
hontai_14930_v00)
应力(200N/mm2以上时显示变红)
約86N/mm2
位移(最大位移量约7.5mm)
最大変位発生位置
Case2-2(結果名:
应力(300N/mm2以上时显示变红)
位移(最大位移量约15.2mm)
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