盾构机吊装计算书.docx
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盾构机吊装计算书.docx
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附件6:
计算书
1.单件最重设备起吊计算
(1)单件设备最大重量:
m=120t。
(2)几何尺寸:
6240mm×6240mm×3365mm。
(3)单件最重设备吊装验算
图1中盾吊装示意图
工况:
主臂(L)=30m;作业半径(R)=10m
额定起重量Q=138t(参见性能参数表)
计算:
G=m×K1+q=120×1.1+2.5=134.5t
式中:
m=单件最大质量;K1=动载系数,取1.1倍;q=吊索具质量,吊钩2t+索具0.5t;额定起重量Q=138t>G=134.5t(最大)
故:
能满足安全吊装载荷要求。
为此选择XGC260履带式起重机能满足盾构机部件吊装要求。
2钢丝绳选择与校核
图2钢丝绳受拉图
主吊索具配备:
(以质量最大120t为例)
主吊钢丝绳规格:
6×37-65.0
盾构机最大重量为120t,吊具重量为2.5t.
总负载Q=120t+2.5t=122.5t
主吊钢丝绳受力P:
P=QK/(4×sina)=34.57t
a=77°(钢丝绳水平夹角),K-动载系数1.1
钢丝绳单根实际破断力S=331t
钢丝绳安全系数=331/34.57=9.575,大于吊装规范要求的8倍安全系数,满足吊装安全要求。
(详见《起重机设计规范》(GB/T3811-2008)符合施工要求)。
3.吊扣的选择与校核
此次吊装盾构机,选用了6个55T的“Ω”型美式卸扣连接盾构机前盾、中盾的起吊吊耳与起吊钢丝绳,设每个卸扣所承受的负荷为H’,则
H’=K1×Q÷4
式中K1:
动载系数,取K1=1.1,Q:
前盾的重量。
则H’=K1×Q÷4=1.1×120÷4=33T<55T
因此所选用的6个该型号“Ω”型美式卸扣工作能力是足够的,可以使用。
吊装器具选择如下:
(1)美式弓型2.5寸55t卸扣6只。
(2)6×37+1-∮65钢丝绳4根,2根用于主钩吊装,两根用于辅助翻身。
规格为Φ22×10m、Φ22×12m、Φ25×14m的钢丝绳数根。
安全负荷为55t,满足施工要求。
4最大尺寸吊装验算
由于拼装机、拖车、连接桥尺寸大,以它们连接桥最大尺寸为12.558m(按13m考虑)计算其安全吊装情况。
实际情况为XGC260履带式起重机吊装中心至履带前端:
3m;吊装构件至盾构井边不小于1m;以最大尺寸(连接桥最最大尺寸按13m考虑,吊装时调整角度,使其水平投影长度为9m)9÷2=4.5m。
则实际需要最大吊装距离L=3+4.5+1=8.5m。
充分考虑不同场地的情况,确定XGC260履带式起重机吊装半径取16m,起重吊装最大质量(2号台车)为40t,在工况:
主臂(L)=30m,作业半径(R)=10m条件下,起重机额定起重量为Q=138T;额定起重量Q=138t>40×1.1=44t,满足吊装要求。
5盾构机结构件吊装翻身
盾构机结构件翻身采用一台XGC260履带起重机和一台QY130K汽车吊双机抬吊完成,XGC260挂上吊绳用卡环与前盾体上四个吊耳连接,QY130K挂上吊绳用卡环与盾构机翻身吊耳连接,钢丝绳与吊耳连接牢固后,两台吊车同时起吊试吊装,脱离地面300mm后,检查钢丝绳及连接部件无问题后,继续起吊至距离地面1m的位置停止起吊,QY130K汽车吊保持此吊装高度不变,XGC260履带起重机继续提升,直至盾体处于垂直位置时,XGC260为受力最大状态,完成盾构翻身工作。
如图所示:
根据QY130K起重机作业性能表,可知:
在QY130K汽车吊主臂L=17.4m,吊车半径3m、吊耳距离1m、安全距离1m,则作业半径为R=5米。
R=5米工况条件下,查性能参数表起重机额定起重量Q=78t;QY130K汽车吊最大实际起重量为:
G=120÷2=60t则:
负荷率为75%<80%,满足吊装要求。
6基础承载力计算
(1)承载力分析模型
XGC260履带吊自重约260吨,单边履带宽度1.1m,长度9.6m,两条履带外缘相距7.6m,起吊时履带垫4块走道板(尺寸6m×2.5m,厚度20mm,单重重约5吨)。
履带吊通过两履带将重力传递至钢板,受力面积为履带面积2×1.1×9.6=21.12m2;钢板又将重力传递至端头硬化层,受力面积为钢板面积4×6×2.5=60m2;端头硬化层又将重力传递至端头地层。
图3.5.2.1履带吊站位示意图
(2)地基承载力计算:
地基承载力按地基承载计算(以主吊起吊重量120t最大重量为例),吊车自重为260t(含配重),地基承载力按最大起重量120t时计算,若起吊120t重物地基承载力满足要求,则其余均满足。
履带吊的两条履带板均匀受力,再在地面铺设钢板,反力最大值可按下列公式计算。
RMAX=a×(P+Q)
其中P吊车自重,Q为起重量,a为动载系数,按a=1.1计算,得
RMAX=1.1×(260+120)×9.8N/Kg=4096.4KN
吊车承力面积(两条履带板长为8.5米、宽1.22米)
为防止履带破坏地面硬化和增加受力面积,铺设3cm厚的钢板,钢板尺寸为12m×9m
S=12×9=108m2
吊车起吊对场地的均布荷载为:
P=RMAX/S=4096.4KN/108m2=37.93kPa
吊车起吊对场地荷载取均布载荷1.4倍:
35.01×1.4=53.101kPa
所以,单位面积的地基承载需求为53.101kpa,考虑安全系数2.5,则最大地基承载力为:
53.101×2.5=132.753kPa
吊装过程中计算硬化路面的承载力,只要大于132.753KPa即可满足要求。
设计地面硬化厚度为35cm厚C35钢筋混凝土地面,把履带吊所压的地面面积理想为条形基础,条形基础宽2.5m,长度15m,埋置深度0.35m,通过本标段岩土工程勘察报告得知地基主要为卵石土土质,查岩土工程勘察报告列表,砂卵石土的重度20.5KN/m3,粘聚力c=0Kpa,内摩擦角φ=35°。
根据太沙基极限承载力公式:
Pu=0.5Nγ×γ×b+Nc×c+Nq×γ×d
γ—地基土的重度,KN/m3;
b—基础的宽度,m;
c—地基土的粘聚力,KN/m3;
d—基础的埋深,m。
Nγ、Nc、Nq—地基承载力系数,是内摩擦角的函数,可以通过查太沙基承载力系数表见表3-1所示:
太沙基地基承载力系数Nγ、Nc、Nq的数值表表3-1
内摩擦角
地基承载力系数
内摩擦角
地基承载力系数
φ(度)
Nγ
Nc
Nq
φ(度)
Nγ
Nc
Nq
0
0
5.7
1.00
22
6.50
20.2
9.17
2
0.23
6.5
1.22
24
8.6
23.4
11.4
4
0.39
7.0
1.48
26
11.5
27.0
14.2
6
0.63
7.7
1.81
28
5.0
31.6
17.8
8
0.86
8.5
2.20
30
20
37.0
22.4
10
1.20
9.5
2.68
32
28
44.4
28.7
12
1.66
10.9
3.32
34
36
52.8
36.6
14
2.20
12.0
4.00
36
50
63.6
47.2
16
3.00
13.0
4.91
38
90
77.0
61.2
18
3.90
15.5
6.04
40
130
94.8
80.5
20
5.00
17.6
7.42
45
326
172.0
173.0
查岩土工程勘察报告列表,砂卵石土的重度20.5KN/m3,粘聚力c=0Kpa,内摩擦角φ=35°。
根据内摩擦角φ=35°(按34°进行查表)查表3-1得承载力系数Nγ=36、Nc=52.8、Nq=36.6。
代入公式
Pu=0.5×36×20.5×2.5+52.8×0+36.6×20.5×0.35=1185.105Kpa
取安全系数k=2.5,因此地基的承载力为:
fT=Pu/k=1185.105/2.5=474.042Kpa>132.75Kpa
从计算结果得知,地面硬化35cm厚C35混凝土完全可以承受最大承载力。
7.侧墙抗倾覆计算
图3.5.3主动土压力示意图
吊机站位站在侧墙背后,则相当于侧墙后填土表面有吊机所施加的荷载。
吊机产生的总荷载为64.1kpa,吊机宽度9.1m,简化后,等同于一个大小为7.6kpa的均布荷载,分布长度为9.1m。
挡墙深度为4m。
受到的最大土压力位置深度为H=4m,φ=35°
按照朗金主动土压力计算公式可得:
,其中
γ为砂卵石土重度,q为均布载荷,Ka为砂卵石土主动土压力系数,c为砂卵石土凝聚力。
查岩土工程勘察报告列表,砂卵石土的重度γ=20.5KN/m3,粘聚力c=0Kpa。
土压力系数Ka=tan2(45°-φ/2)=0.27。
计算得,侧墙受到的最大土压力与最小土压力为
Pamax=(20.5×4+7.6)×0.27=27.192Kpa。
Pamin=7.6×0.27=2.052KPa
由分布图面积可求得主动土压力合力Ea及其作用点位置:
Ea=2.052×4+0.5×(27.192-2.052)×4=58.488kN
Ea的作用点距墙角为C:
C=[2.052×4×2.7+0.5×(27.192-2.052)×4×1.8]/58.488=1.93m。
始发端头挡土墙厚度为0.3m,其重心距墙角的水平距离为0.3m,已知挡土墙总重量为2505kg+2400×99.83kg=242097kg,其重力的反作用力产生的力矩大小为M1=242097×10×0.3=726.291kN·m。
土压力产生的力矩为M2=Ea×C=58.488×1.93=112.8818kN·m
抗倾覆系数K=M1/M2=726.291/112.8818=6.4>1.6
因此,挡土墙的设计符合吊装要求,不会倾覆。
8吊耳受力计算
盾构机中盾最重为120吨,布置4个吊耳,平均每个受力30吨,刀盘重量62.3吨,布置2个吊耳,平均每个受力31.15吨。
图3.6.1盾构机刀盘吊耳图
图3.6.2吊耳图
(1)吊耳抗拉抗剪强度计算
吊耳采用Q345普通热轧钢板气割制成。
根据《钢结构设计规范》GB50017—2003查知,Q345厚钢板的抗拉强度设计值为,抗剪强度设计值为:
各参数计算公式为:
式中:
σ-吊耳上正应力(最大正应力)
т-翻转后吊耳受剪应力(最大剪应力)
W-吊耳上绳索应力
Sa-为吊耳所受拉应力最大处的面积
Sb为吊耳所受剪应力最大处的面积
计算结果如下:
(1)(为图3.6.2中A-A的截面积)
(2)(为图3.6.2中B-B的截面积)
计算结果远小于设计,因此,吊耳本身抗拉、抗剪强度满足使用要求。
(2)吊耳焊缝焊接强度计算
吊耳采用Q345普通热轧钢板气割制成。
根据《钢结构设计规范》GB50017—2003查知,Q345厚钢板焊缝强度设计值为:
计算公式为
k-动载系数,取1.4
F-焊缝受力,
L-焊缝长度,
d-焊缝宽度,
计算结果远小于设计,因此,吊耳焊缝焊接强度满足使用要求。
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