始发托架计算书

深圳市地铁龙岗线3102标段 翠竹站～田贝站站区间

左线始发托架计算书

编 制 人： 审 核 人： 审 批 人：

编制单位：北京城建集团有限责任公司 编制日期：二00九年六月二十五日

目 录

一、设计、计算总说明………………………………………2 二、计算原则…………………………………………………3 三、结构计算…………………………………………………4

3.1 始发托架的结构布置形式…………………………4 3.2 力学模型……………………………………………4 3.3轨道梁受力分析……………………………………5 3.4荷载组合效应分析…………………………………5 3.5力学计算……………………………………………8 四、截面承载能力复核………………………………………11

4.1截面参数计算………………………………………11 4.2查内力包络图，求最大内力值……………………13

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一、设计、计算总说明

该托架为深圳市地铁龙岗线3102标[翠竹路站～田贝站盾构区间]左线盾构机始发用。

托架借鉴其他施工单位成熟的结构设计形式，进行符合本工程实际需要的设计。托架外作用荷载即盾构机自重和始发是刀盘扭矩以及盾构机推进时产生的摩擦阻力总和。通过分析，我们只验算托架轨道梁的受力，其余部分因为属于短跨梁、矮柱等有利形式，直接与地基连接，故不需验算。

托架轨道梁内力计算采用中国建筑科学研究院开发的PKPM2005版钢结构STS模块为计算工具。

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二、计算原则

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、参照其他施工单位成熟的设计经验为指导，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母体强度。

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三、结构计算

3.1 始发托架的结构布置形式

始发托架有若干榀桁架组成，通过轨道梁把桁架连系在一起。形成整体受力结构。盾体之间作用在轨道梁上，由轨道梁传递荷载到桁架上，再由桁架传递到始发井底地基。轨道梁和桁架采用螺栓、焊接形式连接。如下图所示：

掘进方向

始发托架平面示意盾体

3.2 力学模型

始发托架立面示意

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如上图所示，始发托架为桁架体系结构。盾体引起的荷载直接作用在轨道梁上，通过桁架传递到井底基础。故轨道梁是计算分析的重点，而桁架只是起到把荷载均匀传递到基础。轨道梁实际是一等跨连续梁（如下图所示）。q(X)为盾体的重量，沿长度方向，盾体自重不一样，故q(X)为x的应变量。

q(x)

始发托架立面示意

3.3轨道梁受力分析：

PPPzy如右图所示，由于轨道梁布置形式的特殊性，为了便于计算，把荷载P分解成y轴方向和z轴方向两个力

z矢量Py，Pz 。P即为上述q线荷载在剖切面上的点荷载。

始发托架轨道梁受力分解图

其中：PysinP ; PzcosP;  3.4荷载组合效应分析

考虑到盾构机始发、过站时，托架都要作为承重结构使用，故应分别计算始发、过站时盾体对托架的荷载效应。

➢ 始发姿态，盾体全部作用在始发托架上。如下图所示。

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刀盘前盾中盾尾盾托架刀盘前盾中盾尾盾

➢ 过站1姿态，前盾、刀盘作用在托架上，其余盾体在隧道内。

前盾刀盘托架

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前盾刀盘

➢ 过站2姿态，中盾、前盾和刀盘作用在托架上，尾盾在隧道内。

中盾前盾刀盘托架中盾前盾刀盘

3.4荷载取值

根据盾构机自重和机身部位长度，可以得到详细的各部位的对托架的荷载作用值Q（x）。

Q（x）=H*9.8kN/t*/L ,可得下表详细资料。

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部位 刀盘 前盾 中盾 尾盾 长度L(m) 0.85 1.7 2.58 3.3 重量H(t) 57 92 101 26 Q(x)(kN.m) 657 530 384 77 则根据坐标变换有：

Q1657*sin*sin65o298kN.m； 22Q657q1z1*cos*cos65o140kN.m； 22Q530q2y2*sin*sin65o240kN.m； 22Q530q2z2*cos*cos65o111kN.m； 22Q384q3y3*sin*sin65o174kN.m； 22Q384q3z3*cos*cos65o81kN.m； 22Q77q4y4*sin*sin65o35kN.m； 22Q77q4z4*cos*cos65o16kN.m； 22q1y3.5力学计算 根据以上分析和计算，我可以在PKPM中建立轨道横梁在3种姿态下的受力模型。并以此得出内力图。 -54.747.7-83.8135.9-96.4115.6-36.44.540.0-0.71.3-0.70.80.90.40.4-0.83.728.5-1.5-40.023.5-13.921.283.2-16.6-227.9-3.6150.712.077.4110.3-1.5-173.3-2.010.80.8-0.948.1-1.539.40.2-12.531.61.3-29.249.00.3-0.40.3-0.2364.5-149.6-81.929.8-67.7始发姿态Y轴方向弯矩包络图269.6-96.60.2-0.2-1.332.0-0.41.5-2.10.8(kN·m) - 8 - -190.9-102.7258.0224.7387.4255.716.5-16.5-45.268.545.2-130.5-252.10.155.146.6-55.1-262.4-13.742.313.7-57.1-244.4-238.8166.2253.6-167.6-193.6-7.0-6.36.37.791.3-183.9122.2183.9-122.2-105.34.8-6.8-6.36.36.8-2.1(kN)-7.17.1始发姿态Y轴剪力包络图 -25.722.3-39.063.4-44.753.1-16.82.218.9-0.50.8-0.50.518.61.614.713.4-18.910.9-6.50.5-13.522.9-0.5 0.0-5.79.8-0.638.7-106.1-7.770.113.8-1.635.55.5-31.0-79.3-0.750.422.4-0.94.90.4-0.40.50.30.1-0.5 0.0 0.0 0.0 0.0169.6-69.4-38.1123.1-44.0 0.0 0.0-0.714.6-0.10.6-1.10.5始发状态Z轴方向弯矩包络图(kN·m) 121.8104.8181.1-87.9117.7-46.37.6-7.631.921.2-61.025.50.1-25.5-90.5-118.3-122.3-21.2-114.621.5-84.1始发姿态Z轴方向剪力包络图-48.96.4-6.419.3-26.1-111.2-3.22.9118.0-78.077.43.5-2.984.155.8-55.83.03.22.9-3.2-2.93.1-3.141.1(kN)-1.7 -13.233.3-43.610.236.7-0.81.5-0.50.5-0.50.5-0.50.54.61.428.6-1.63.20.6 0.0 0.00.6-4.10.30.6-0.5-0.60.20.6-0.3-0.60.20.5-0.3-0.60.3 0.00.50.20.0-0.40.6 0.00.3 0.0 0.0-6.6 0.0 0.0-36.7-16.833.832.5过站1姿态Y轴方向弯矩包络图 0.0 0.09.91.6-24.4-0.5-0.811.2-0.333.4-1.50.20.30.3-0.80.4(kN·m)- 9 - 218.3117.09.52.81.71.7-30.1-12.112.130.2-30.247.3-41.5-47.341.516.02.50.02.5-2.5-16.0-2.52.53.32.5-3.3-2.52.52.4-2.5-2.41.82.72.6-2.7-2.62.3-2.3-1.7-1.7-1.7-363.930.1-251.8过站1姿态Y轴方向剪力包络图(kN)-1.74.1 -20.64.917.1-6.315.8-0.50.9-0.40.4-0.40.4-0.40.40.62.11.40.00.213.3-17.1-0.70.3-0.4-0.15.2 0.0-2.9 0.0 0.00.3-1.90.30.20.20.20.1 0.00.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.015.715.715.4过站1姿态Z轴方向弯矩包络图(kN·m) 0.04.70.7-11.5-0.2-7.9-0.70.1-0.30.1-0.20.10.2-0.3-0.20.30.1-0.30.3-0.30.20.1-0.3-0.50.3 101.755.75.22.11.61.71.71.41.3-1.4-1.35.6-5.6-14.014.0-14.01.27.5-22.21.2-19.422.20.01.2-1.2-7.5-1.21.61.2-1.6-1.21.21.1-1.2-1.11.0-1.0-1.5-1.6-1.7-1.6-169.214.019.4-119.0过站1姿态Z轴线剪力包络图(kN)-1.6 105.5-67.249.9-11.433.6-43.610.2-1.30.6-0.81.5-0.60.66.40.21.30.0122.4-105.532.232.50.6-6.70.1 0.00.6 0.00.3 0.00.3-219.1150.1-0.90.3-0.92.0356.1-138.07.0-1.029.6 0.0-1.450.19.81.09.5-2.8-0.61.033.4-1.5-16.8-4.1-0.80.90.5-1.1-0.60.5-0.20.90.2-1.20.6-0.3-31.2-25.7过站2姿态Y轴线方向弯矩包络图(kN·m)- 10 - -159.1357.1230.8117.49.52.9-274.3-161.8-358.5-179.4过站2姿态Y轴方向剪力包络图-251.8-48.049.80.2-4.216.7-16.7138.8-208.2208.2-23.1-4.216.040.747.3-41.9-47.349.0-4.44.44.2-4.24.0-16.04.216.0-4.2-1.92.0-5.34.25.3-4.2-1.9(kN)4.0-4.0 -31.423.3-20.64.949.2-0.80.4-5.515.9-0.60.9-0.40.5-0.40.20.557.1-49.2-7.9 0.0 0.00.22.1-0.413.7-0.4 0.0-0.515.015.40.1 0.00.2-3.00.0 0.00.9-14.423.34.6-12.14.40.4-0.30.4-0.70.20.0-102.0-0.469.90.13.2-1.3-1.9-0.1165.6-64.115.6过站2姿态Z轴线方向弯矩包络图(kN·m)167.0-73.4107.655.95.22.123.1-22.3-128.5-166.60.2-2.1-7.87.8-96.896.8-83.6-1.5-1.6-76.1过站2姿态Z轴线方向剪力包络图-119.0(kN)-1.622.2-10.764.8-2.07.4-19.7-22.218.823.0-2.12.12.0-2.07.51.9-7.5-1.91.8-2.62.12.6-2.1 0.00.40.2-0.4-0.50.20.40.0-0.70.4 1.8-1.8 四、截面承载能力复核 4.1截面参数计算 由于始发托架的轨道梁布置形式比较特殊，不利于计算，可通过转换变成利于计算的形式（见下图），为考虑偏于安全的原则，我们- 11 - 不计算左侧的工字型截面，而是把这个通长布置的梁作为抗扭转、抗剪切安全储备。

Y转化ZYZ 转化后截面形状参数见下图；

y截面参数计算：

A150*432150mm2； A230*2507500mm2；

zyCA3434*4017360mm2；

CA4300*309000mm2；

zO

ycA*yAssz2150*515.57500*47917360*2479000*15252mm；

2150750017360900011Iz*50*4332150*263.52*250*3037500*22721212

11*40*434317360*2122*300*3039000*23722095552804mm41212IyTZ1111*30*3003*434*403*30*2503*43*503109325083.4mm4 12121212Iz2095552804mm4W7352816.8mm3；

hoyc(537252)mm- 12 -

Iz2095552804mm4W8315685.7mm；

yc252mmBzWyIyB/2109325083.4728833.9mm3；

1504.2查内力包络图，求最大内力值 4.2.1各状态下内力极值 ➢ 始发态：

M+ymax=364.5kN.m；M+zmax=169.6kN.m； M-ymax=135.9kN.m；M-zmax=63.4kN.m； Vymax=387.4kN；Vzmax=181.1kN； ➢ 过站1姿态：

M+ymax=48.6kN.m；M+zmax=20.6kN.m； M-ymax=33.8kN.m；M-zmax=15.7kN.m； Vymax=363.9kN；Vzmax=169.2kN； ➢ 过站2姿态：

M+ymax=356.1kN.m；M+zmax=165.6kN.m； M-ymax=105.5kN.m；M-zmax=49.2kN.m； Vymax=358.5kN；Vzmax=166.6kN；

4.2.2各状态下内力最大截面应力极值 ➢ 始发姿态下内力极值

ymaxMzmax364.5*106169.6*106184.3MPa *WzB*Wy1.5*8315685.71.5*728833.9Mzmax135.9*10663.4*10670.3MPa T*Wz*Wy1.5*7352816.81.5*728833.9MymaxMymaxymax- 13 -

maxVzmax387.4*103181.1*10327.4MPa AsA1736036010Vymax➢ 过站1姿态下内力极

ymaxM*WymaxBzM48.6*1020.6*1022.7MPa*Wy1.5*8315685.71.5*728833.9

zmax66

ymaxMzmax33.8*10615.7*10617.4MPa T*Wz*Wy1.5*7352816.81.5*520500.6Vzmax363.9*103169.2*10325.7MPa AsA1736036010VymaxMymaxmax➢ 过站2姿态下内力极值

ymaxMzmax356.1*106165.6*106180MPa *WzB*Wy1.5*8315685.71.5*728833.9Mzmax105.5*10649.2*10654.6MPa T*Wz*Wy1.5*7352816.81.5*728833.9VymaxMymaxMymaxymaxmaxVzmax358.9*103166.6*10325.3MPa AsA1736036010故通过以上计算分析可知： σ+max=184.3MPa<[σ]=210MPa； σ-max=70.3MPa<[σ]=210MPa； τmax=27.4MPa<[τ]=120MPa；

故始发托架的正应力、剪应力强度符合要求。

翠竹路站~田贝站区间左线工区 2009年6月25日

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