[发明专利]一种土压平衡式盾构机幅条式刀盘结构强度验算方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种土压平衡式盾构机幅条式刀盘结构强度验算方法。

背景技术

盾构机系统给予配备了全套刀具的刀盘足够的推力和旋钻力才得以在地层中掘进；反过来，刀盘结构必须有足够的强度来承受和传递这些力。如果在掘进过程中发生刀盘结构因强度不足而损坏时，其直接造成的经济损失是难以估量的。盾构刀盘设计涉及岩土、机械、力学等多个学科，因此在设计理论和方法等方面一直都是一个比较复杂和困难的课题。而刀盘结构强度验算是一项直接关系到整个盾构机是否能够安全工作的重大技术步骤。

发明内容

本发明提供一种土压平衡式盾构机幅条式刀盘结构强度验算方法，用以验算刀盘的结构强度。

为达上述目的，本发明提供一种土压平衡式盾构机幅条式刀盘结构强度验算方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1：验算内圈梁的传力能力；

步骤2：验算长幅条的抗推力强度；

步骤3：短幅条抗推力工况分析；

步骤4：验算幅条抗扭矩强度；

步骤5：幅条抗扭矩与抗推力复合强度验算。

进一步，所述步骤1中：验算内圈梁的传力能力时，将内圈梁的弧形梁段被模拟成为两端固定、中间简支的两跨超静定连续梁，其上荷载q为：

；

其中，T_o为刀盘推力的给定值，φ₁为内圈梁中线圆周直径。

进一步，所述步骤2中：验算长幅条的抗推力强度时，推力，n为内圈梁与长、短幅条的交点总数；T_o刀盘推力的给定值；岩土反推力作用，φ₀为刀盘外圈直径，也等于一根长幅条长度；将长幅条抗推力强度的验算模拟成为两端带伸臂的简支梁结构，q看做均布外载荷，长辐条与内圈梁的两个交点看做简支伸臂梁的支点。

4、如权利要求1所述的土压平衡式盾构机幅条式刀盘结构强度验算方法，其特征在于，所述步骤3中，短幅条不承担盾构推力，该推力已在短幅条与内圈梁的交点处直接传至掌子面地层中。

进一步，所述步骤4中，具体包括：

步骤41，验算长幅条的抗扭矩强度的计算模型为一段固定的两跨连续梁，长幅条半跨的固端O为长幅条承受扭矩的反弯点，简支点B为长幅条与外圍板的交点，简支点D为长幅条与内圈梁的交点，外荷载N_i为掌子面岩土受长幅条旋转力作用下的反作用力；

步骤42，验算短幅条的抗扭矩强度的计算模型为一对对称却又各自独立的简支梁EF与GH；支点E、H为短幅条与外圍板的交点，支点F、G为短幅条与内圈梁的交点；外荷载为掌子面岩土受短幅条旋转力作用下的反作用力；步骤43，验算外圍板压杆稳定性，其上压力X₁的大小等于以上步骤41中所述B点反力X₁。

进一步，长幅条的斜弯曲应力σ_I为：

σI=σII2+σII2;]]>

σ_II为长幅条绕刀盘平面外的弯曲应力，σ_II为长幅条在刀盘平面内的弯曲应力。

本发明有益效果如下：

本发明对土压平衡式盾构机刀盘结构的作用机理采用了经典力学方法进行分析，并采用逆向思维逻辑，提出了一套简单实用、安全可靠的关于刀盘结构强度验算的新方法，通过采用较为简单的方法，解决较为复杂的问题。

附图说明

图1a为本发明实施例土压平衡式盾构机幅条式刀盘结构的主视图；

图1b为图1a的A-A剖视图(盾构机盾体内部设置图)；

图1c为本发明实施例一种土压平衡式盾构机幅条式刀盘结构强度验算方法的流程图；

图2为本发明实施例内圈梁截面组成参考图；

图3为本发明实施例内圈梁的结构计算模型图；

图4为本发明实施例内圈梁弯矩图

图5为本发明实施例内圈梁剪力图