1、 棚管、盾構檢算資料一、 棚管檢算 1、棚管斷面常數（參見圖一）及幾何特征 棚管由六片型號為28c的槽鋼和A3鋼=10mm的鋼板如上圖焊接而成。考慮簡化計算，斷面按壁厚=10mm箱型簡化，即不考慮槽鋼支邊。h=1.3mh1=1.28m b=0.8m b1=0.78m A=1.30×0.8-1.28×0.78= m2;Sx=0.8×0.01×(1.30/2-0.005)+2×0.01×1.28/2×1.28/4 = m3;Sy=1.3×0.01×(0.8/2-0.005)+2×0.01×

2、0.78/2×0.78/4 =m3Ix=(b×h3-b1×h13)/12 =(0.8×1.3×1.3××1.28×1.28×1.28)/12 =m4;Wx=Ix×h/2=×2/1.3 =m3;Iy=(b3×h-b13×h1)/12m4;Wy=(b3×h-b13×h1)/b×2=0.004848×2/0.8 = m3;2、荷載棚管除自重外，承受荷載包括列車活載、道床和線路材料的重量。棚管一端支承在盾構內的導向支承架上，另一端支承

3、在土體上。自重G1=6×40.21（28c型槽鋼）+2×(0.8-2× 2×0.086)×0.01×7850(板)+(0.8+1.3)×2×0.1×2×0.01×7850(法蘭) =476.508G2=2.88×40.21（28c型槽鋼）+(0.4×8+0.24×4) ×0.1×0.01×7850(板)+(0.8+1.106)×4×0.08×0.01×7850(連接板)+0.05

4、5;0.05/2×0.01×16×7850(三角板)/0.5 =395.83kg/mm3× KPa 式中K=H/D=0.608/5.75=0.11 查得K=1.04;現取K=1。水平：ej0.608×× KPa××kPaej1.908××××kPa××Kpaej4.808××××kPa列車活載：頂面均布荷載：根據橋規條qh =165/(2.5+0.608)=kPa 活載在0.608m深處產生側壓：eh0.608=0.

5、35×=kPa 活載在1.908m深處產生側壓:eh1.908=0.35×165/(2.5+1.908)=kPa活載在4.808m深處產生側壓:eh4.808=0.35×165/(2.5+4.808)= kPa 沖擊系數：按橋涵技術手冊表2-1-6第2順號當運行速度在60120km/h范圍內（取80km/h） m =0.75××6/（30+4.6） =4（1-h） (橋涵公式2-1-3) =4*(1-0.608) =1.568<2 故：取1.568 則1+m=1+0.75×1.568×6/（30+4.6）=1.20 豎

6、向的總荷載:qx=(p+(1+m)qh)*b+Gg=(12.16碴+53.09活載×1.20沖擊系數)×1+0.5*10箱重 =80.87kN/m 水平方向的換算總荷載qy=(ej0.608+ej1.908 )土側壓力+ (eh0.608+eh1.908)活載側壓力)/2*h =( 4.26+12.901)+(18.581+13.101)/2×1.3 =31.75kN/m 3、檢算跨度L及受力計算現有盾構棚管在最縮進狀態棚管伸出3.5m,檢算跨度L=3.75m, 在最伸出狀態棚管伸出4.0m,檢算跨度L=4.0m，見圖三、四。棚管伸入土體最小長度的計算假設土體承載

7、力為150kpa在棚管最縮進狀態，此時棚管伸入土體最小長度若為X,則：X×1×150(伸入土體能承受的力)= X×80.87(3.5-X) ×80.87/2(上面傳下來的力)X=1.3m取X1.5m按1:1的坍塌坡度計算需采取在鋼支架上設網格擋土高度為：2.6-（）=0.6m檢算跨度按4.0m滿跨度分布均布荷載進行計算（見圖四） Mx= qxL2/8=80.87*4.0*4.0/8=161.74kN·M My= qyL2/8=31.75*4.0*4.0/8=63.50kN·M（實際棚管在水平方向的受力形式比較復雜，有類似擠壓的形式，為

8、簡化計算，按L=4.0m簡支計算。 Qx=80.87×4.0/2=161.74KN Qy=31.75×4.0/2=63.50KN4、應力計算強度計算 sx= Mx/Wx =161.74*106/()= 10.36Mpasy= My/Wy =63.50*106/()=5.24 Mpa s=sx+sy=10.36+5.24=15.6Mpa<s=140Mpa (可)剪應力計算txmax=QxS/Id=161.74*103*0.009256*109/(tymax= QyS/Id=63.50*103*0.006656*109/( tmax=txmax+tymax=7.37+4.

9、36=11.73Mpatt=1*85Mpa(可)換算應力（s2+3t2）1/2=（15.62+3×11.732）1/2=25.62<1.1*s(可)撓度計算fmax=5/384×qL4/EI =5/384×80.87×4.04×1012/2.1×105/010152126mm5、穩定檢算整體穩定檢算： 由于是箱形截面故不需整體檢算（橋規P41中j2=1）局部穩定： 根據使用要求，棚管按0.5m長一節制作，兩端設一圈肋板,并作為連接的內法蘭（見圖六），肋板寬9cm,厚1cm,間距a=50cm。因140>h/d=130/1=1

10、30>50故應設豎向加勁肋，其間距a<950d/t1/2且不大于2m950d/t1/2=950×0.01/11.281/2=2.83m,現a為0.5m<2m且<2.83m (可)肋板寬度1.3/30+0.04=0.083m<0.09m (可)肋板厚度d=1cm>9/15=0.6cm (可)6、螺栓連接的檢算、螺栓抗拉強度：螺栓形成的截面見圖六Ix=0.594×0.594*0.009*0.009*3.1415926*12+4×0.0092 (0.3962+0.1982) = m4Wx= Ix2/h=m3;同理Wy=m3; A=0.

11、009*0.009*3.1415926*22 =0.0056m2螺栓間距：中心間距a=137.6mm16d=16*10>137.6>30d=54mm(可)距邊緣距離A=51mm8=8*10>51>1.5d=27mm(可),強度檢算 sx= Mx/Wx =161.74*106/=75.58Mpa sY=MY/WY=63.50*106/=49.00Mpas=sx+sy=75.58+49.00=124.58Mpa<s=140Mpa (可)、螺栓抗剪強度txmax=Qx/A=161.74*103/×106tymax=Qy/A=63.50×103/

12、15;106tmax=(28.882+11.342)1/2=31.03t=100Mpa 在基地管棚模擬列車荷載試壓中，每隔一孔抽掉一個20mm螺栓，也能夠承受比列車荷載大的壓力，在實際頂進中，全部上滿上螺栓，安全系數就增大了一倍以上。螺栓連接板強度： 底下一排螺栓受力見圖七Nx=Mx/Hx=161.74/1.2txmax=134.78*103/4500=29.95MPa<t=120Mpa法蘭盤強度(不考慮加肋角)M=134.78*0.045 =6.065KN*M s=6.065*106/(1/12* 800*103/5)=454.875Mpa>s=170Mpa 故要求設加勁角。s=

13、6.065*106/5*2* (1/12)*5*903/45 =89.85Mpa<s=170Mpa (可)7、支座處檢算在支座位置，滑動30cm范圍內，加一豎向支承肋板，寬90厚10mm。Am=0.01*0.136+0.01*0.09=0.00226m2;(0.01為板厚,0.136為支座支承處25#工字鋼翼板寬，即為假想壓桿寬。 下端為承壓驗算N/A=161.74*103/(2*90*10+2*136*10)=35.78Mpa<s=210Mpa穩定性檢算長細比=L/r其中L=1.3m r=(I/A)1/2假想壓桿重心軸至邊緣位置為y1y1=(0.09*0.09*0.01+0.01

14、*0.01*(0.136-0.01)/2/0.00226 =0.021mI=0.126*0.01*0.021*0.021+1/12*0.01*0.09*0.09*0.09+0.01*0.09*(0.045-0.021)*(0.045-0.021)=1.681*10-6m4r=(/0.00226)=0.027m=L/r=1.3/0.027=48.14取=0.79s=N/Am =161.74*1000/(0.79*0.00226*1000000)/2=45.3Mpa<170Mpa8、棚管自身強度計算 假設管板為雙向固定板(見圖九)qx=80.87Kpaqy=(4.26+12.901+18.5

15、81+13.101)/2=24.42Kpa側板Lx/Ly=0.5/1.3=0.38<0.5故按L=0.5m兩端固定來計算固定端Mxo=qL2/12=24.42×1.3×0.52/12 =-0.66Mx中=-0.66+24.42*1.3*0.52/8=0.332Myo =qL2×0.0109=0.086s=0.66*106/(1/6*1300*102) =30.5Mpa<170Mpa(可)水平板Lx/Ly=0.5/0.8=0.625>0.5Mx=-0.0356*80.87*0.52 =0.720KN*MMy=0.00855×80.87&#

16、215;0.52=0.173KNMMxo=0.07795×80.87×0.52=-1.58N*MMyo=0.0571×80.87×0.52=1.15KN*Msmax=1.58*106/(1/6*800*102)=118.5Mpa<170Mpa(可)由以上檢算可知，棚管本身強度較大（主要是考慮管內挖土作業人員的安全）控制應力在栓接和焊接質量上。二、鋼架計算：1、受力形式見圖十2、25#工字鋼的幾何特征查I25a Ix=5023.54cm4 Wx=401.88cm3 Wy=401.88cm3 A=48.5cm2 rx=10.18cm, ry=2.4cm

17、3、荷載計算鋼架頂按均布荷載考慮當列車荷載在鋼架頂上時，鋼架受力最大，受力形式見圖十一q1=R=80.87*3.1*/2)/3.5 =218.46KNq2=ej1.908+ eh1.908 =+ KN/Mq3= ej4.808+ eh4.808 =+ =工字鋼采用圖十二焊接，由于加工條件限制，接頭處焊縫采用凸形角焊，形成的截面模量遠小于工字鋼本身截面模量，顯然支承鋼架按整體剛架結構計算不合理，上下橫支承支座按三絞接考慮，左中右三支承按簡支考慮。為簡化計算受力軸線按外框線，偏于安全。上下橫支承受力如圖十二所示：均布荷載q1= R=218.46KN/MM中柱=-0.1*218.46*（4.15/3

18、）*（4.15/3） =-41.80KN*MQ中柱=(0.6+0.50)*218.46*(4.15/3) =332.42KNQ邊柱=0.4*218.46*(4.15/3) =120.88 KN側壓力見圖十三(水平寬度B按5/=2.5m計算)Mmax=(q2L2/8+(q3 - q2)L2/(9*31/3)*B =(26.002*2.62/8+(40.088-26.002)2.62/(9*31/3)*2.5 =29.27KNM*2.5=73.175KNM或Mmax=（(q3L2/6)*(23-(1+)/(1-)2）*2.5式中 =q2/q3=26.002/40.088=0.6486 =(2+1)

19、/3)1/3=0.884Mmax=73.175KNMR2=(2q2+q3)L/6*2.5 =(2*26.002+40.088)*2.6/6*2.5 =99.77KNR3=(q2+2q3)L/6*2.5 =(26.002+2*40.088)*2.6/6*2.5 =115.03KN那么，側壓力作用在水平桿上N=R3=115.03KN M=115.03*0.36=41.41KN*M5、應力檢算 水平桿（2根I25a）s=R3/A+M/Wx =(115.03*103)/（48.5*102*）+(44.32+41.41)*106/(401.88*103*) =118.52 Mpa<170Mpa 總

20、體穩定檢算s=N/A+j1/（j2）·M/Wj1 sx=L/rx=415/3/10.18 =13.59y=L/ry=415/3/2.4 =57.64故j1=0.785e=*Lorx/hry=1.8*415/3*10.18/(25*2.4)=42.2查表j2=0.826N/A=115.03*103/(48.5*102*2) =11.86Mpa<0.15j1 s=0.15*0.785*170=20.0故：m=1.0故： s=11.86+0.785/(1*0.826)*(44.32+41.41)*106/(401.88*103*2) =113.2Mpa<0.785*170=13

21、3.45Mpa(可) 中柱(2根)s=332.42*103/(48.5*102*2) =34.27Mpa<s=170Mpa 邊柱N=Q邊柱=120.88KN M=73.175KN*m s=N/A+M/WX =120.88*103/(48.5*102)+73.175*106/(401.88*103)/2 =207.01/2=103.5<s=170Mpa 總穩定檢算： x=210/10.18=20.6 y=210/2.4=87.5 查得j1=0.499 e=1.8*260*10.18/(25*2.4)=79.4查表j2=0.548N/A=120.88*103/(48.5*102)/2 =12.45<0.15j1s=0.15*0.499*170=12.7=1-n1N2/2EA=(1-1.7*79.42)/2*2.1*105*13.9 =0.928故： s=12.45+0.499/(0.928*0.548)*(73.175*106)/(401.88*103)/2 =101.8>j1 s=0.499*170=84.8Mpa(不可,要求在中間加橫聯。