反力架计算方案

    由于盾构机在始发推进过程中，前方地质情况发生了变化，造成了盾构机始发推力过大，从而使反力架发生局部变形过大的情况。由于本区间反力架设计承受的最大推力为1800T，目前已无法满足盾构推进需求，因此需要对反力架进行加固处理。

（二）加固计算及方法

 材质A3钢[σ]=215Mpa 

一、反力架所受载荷

管片总受力取值2000吨，取1.2的保险系数，即总推力为2400吨，反力架所受载荷简化成三个支撑点，每个支撑点所受外力为F=8000KN，不考虑自重。

二、计算

1、立柱

1）受力分析

东侧立柱各杆件：

B点：，则

7#杆件    

5#杆件

2#杆件

西侧立柱各杆件算法同东侧，6#杆件与水平杆件夹角为， 6#杆件与5#杆件的内力分 别为N4、N5，则

6#杆件

5#杆件

1#杆件

2）强度计算

东侧立柱7＃杆件抗压强度： 

东侧立柱5＃杆件抗拉强度： 

西侧立柱6＃杆件抗压强度： 

西侧立柱5＃杆件抗拉强度： 

1＃、2＃杆件抗压强度： 

综上，由于6#、7#杆件强度不能达到设计要求，需要增加杆件，如下图

    加入三榀I20型钢，与7#杆件平行，此杆件最大承受的压力为

，承受水平方向的力为

  取抵消2500KN的外力，则外力P3=5500KN，

  此时，7#杆件抗压强度： 

  同理，6#杆件抗压强度： 

3）稳定性计算

材质A3钢λ1为：

λ1=(π2E/σp)1/2=(π2×210×109/200×106)1/2=100

λ2=(a-σs)/b(其中a=304，σs=235，b=1.12)=61.6

λ=μl/i[i=7.03cm（最小），μ=0.7]

7＃杆件：

λ=0.7×5.349/0.0703=53.36

λ＜λ2＜λ1，属于小柔度杆，查《材料力学》下册表12-4，

稳定系数为Φ=0.838,N/ΦA=194Mpa[σ]。

6＃杆件：

λ=0.7×4.824/0.0703=48.04

λ＜λ2＜λ1，属于小柔度杆，查《材料力学》下册表12-4，

稳定系数为Φ=0.865,N/ΦA=174Mpa＜[σ]。

4）抗弯强度

由于加入了三榀I20型钢，此时

则

抗剪强度

    由于在实际推进过程中，西侧立柱由于受弯而使双榀488H型钢局部腹板处发生了塑性变形，故将发生变形部位的腹板割下，在原有位置重新附加一块10钢板。同时为满足刚度要求，需要加肋板才能达到强度要求。

加劲肋的布置

在AB杆之间加横向加劲肋，纵向间距为15cm。

局部稳定性验算

临界应力

局部稳定性验算

验算条件为：

今上式左边=

满足条件，可。

焊缝抗拉强度：

5）焊缝强度计算

采用E43系列焊条，故

选取加劲肋板与488H型钢腹板接触面的焊缝进行验算。

满足条件，可。

选取2#杆件与新加入纵向梁接触面的焊缝进行验算。

6）立柱两端加固

在立柱顶端用488H型钢接长立柱，并用三榀I20H型钢水平撑到车站顶板上，加强整个立柱的稳定性。

在立柱底端用双榀I20H型钢加固，I20H型钢另一端与车站结构地板固定（凿除地板结构钢筋，埋设预埋铁进行焊接固定）。

7）变形量计算  

反力架支撑杆7＃和立柱5＃交点的变形量ΔL

压力N1=5313KN作用下的变形为：

ΔL1=N1L1/EA=5313×103×4.824/(210×109×2×1.4×10-4)=3.71mm

拉力N2=3486KN作用下的变形为：

ΔL2=N2L2/EA=3486×103×4.824/(210×109×2×1.4×10-4)=1.97mm

反力架支撑杆6＃和立柱5＃交点的变形量ΔL

压力N3=45KN作用下的变形为：

ΔL3=N3L3/EA=45×103×5.359/(210×109×2×1.4×10-4)=2.50mm

拉力N4=3851KN作用下的变形为：

ΔL4=N4L4/EA=3851×103×5.359/(210×109×2×1.4×10-4)=2.26mm

计算参考书籍：《钢结构—原理与设计》（2004.7）、《建筑施工计算手册》（2006.8）、《材料力学》（2005.7）。

2、纵向梁

   在西侧立柱北侧加纵向梁（单榀488H型钢），加强整体稳定度。

   在东侧2#纵向梁上增设一道纵向梁，与2#纵向梁焊接固定，并与平台上埋设的预埋铁固定。

3、横梁

   在横梁与纵向梁之间加4道斜撑（双榀I20型钢），加强整体稳定性。

   在与纵向梁相交处，加肋板以增加稳定度，计算如上。

附图：《反力架加固示意图》