CN114084854B - 一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法 - Google Patents

一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法 Download PDF

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CN114084854B CN202111423552.XA CN202111423552A CN114084854B CN 114084854 B CN114084854 B CN 114084854B CN 202111423552 A CN202111423552 A CN 202111423552A CN 114084854 B CN114084854 B CN 114084854B
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Abstract

本发明提供了一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法，通过对动力触探试验重锤提升过程进行原理分析及理论推导，给出了详细的设计验算过程，采用槽钢与钢板，在高强度螺栓的连接组合下设计而成一种安全保护装置，用于动力触探提升重锤过程的安全防护，使其重锤远离钻机设备及操作人员，而且考虑了钻机正常钻进及提升重锤两种功能的快速转换。

Description

一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法
技术领域
本发明涉及一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法，属于大块石高填方地基处理质量检测技术领域，尤其涉及超高重型动力触探检测过程中安全保护装置及设备整体安全性及稳定性的设计及应用。
背景技术
西部山区项目建设过程中，场平开挖将形成大量大块石，就地取材使用大块石作为填方工程填料经济便捷，在填筑完成后，大块石填方地基处理质量检测又成为工程难题，圆锥动力触探作为一种最有效的检测手段，也存在其局限性。当遇到大块石时，圆锥的贯入往往会遇到阻碍，针对这种情况，提高锤重或落距，增加贯入能级的新型动力触探设备已经应用于现场检测。随之而来的是高能级设备带来的施工操作高风险，且对整套试验操作设备的安全稳定运行提出了更高要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法，该超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法解决了超高重型动力触探试验过程中提升重锤可能产生的危险隐患，安全装置的使用使其重锤远离钻机设备及操作人员，而且考虑了钻机正常钻进及提升重锤两种功能的快速转换；通过对动力触探试验重锤提升过程进行原理分析及理论推导，确定三处主要安全风险点，进而给出了详细的设计验算过程。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法，包括如下步骤：
①确定碳酸盐岩大块石高填方地基处理场地，地基处理质量检测方法采用超高重型动力触探法，获取超高重型动探锤重W；
②超高重型动力触探设备选用履带立轴式液压地质勘探钻机，获取塔架高度Ht，在距离塔架顶部高度Hd处安装安全保护装置，安全保护装置将超高重型动力触探设备的探锤向远离钻机方向进行水平支撑，距离为Ld，则安全保护装置以上起吊钢绞线与竖向夹角
Figure BDA0003377396860000021
安全保护装置所受外力为：
Fx＝W sinθ
Fy＝W(1-cosθ)
其中，Fx为水平外力，Fy为竖向外力；
③对安全保护装置中连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓强度进行受力分析，其受力形式为受水平向剪力
Figure BDA0003377396860000022
受竖向拉力
Figure BDA0003377396860000023
计算公式如下：
Figure BDA0003377396860000031
Figure BDA0003377396860000032
④分析连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓的破坏形式，在水平向剪力
Figure BDA0003377396860000033
作用下发生螺栓杆剪断破坏，在竖直向拉力
Figure BDA0003377396860000034
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏；分别对螺栓杆的许用剪应力值[τL]、螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000035
和螺纹的许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000036
进行验算；
其中，普通高强螺栓的螺栓杆采用外螺纹，其直径为d，旋合螺纹圈数为z，螺纹牙底宽度为b，螺纹工作高度为h；
(4.1)计算螺栓杆截面面积AL，则可按下式进行螺栓杆的许用剪应力值[τL]的计算：
Figure BDA0003377396860000037
Figure BDA0003377396860000038
其中，[τL]计算后查表取整数，进而查规范综合确定普通高强螺栓的型号；
(4.2)计算普通高强螺栓每圈螺纹丝牙的平均受力PL，螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure BDA0003377396860000041
螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure BDA0003377396860000042
则可按下式分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000043
和许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000044
的计算：
Figure BDA0003377396860000045
Figure BDA0003377396860000046
Figure BDA0003377396860000047
Figure BDA0003377396860000048
Figure BDA0003377396860000049
其中，
Figure BDA00033773968600000410
计算后查表取整数，进而查规范综合确定普通高强螺栓的型号；
⑤对安全保护装置与钻机塔架的U型高强螺栓强度进行受力分析，其受力形式为受水平向拉力
Figure BDA00033773968600000411
受竖直向剪力
Figure BDA00033773968600000412
其值分别按下式计算：
Figure BDA00033773968600000413
Figure BDA00033773968600000414
其中，U型高强螺栓的螺栓杆采用外螺纹，直径为D，螺纹丝牙截面形式为矩形，旋合螺纹圈数Z，螺纹牙底宽度B，螺纹工作高度H；
⑥分析连接安全保护装置与钻机塔架的U型高强螺栓的破坏形式，在水平向拉力
Figure BDA0003377396860000051
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏，在竖直向剪力
Figure BDA0003377396860000052
作用下发生螺栓杆剪断破坏；分别对螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000053
螺纹的许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000054
以及螺栓杆的许用剪应力值[τU]进行验算；
(6.1)计算U型高强螺栓每圈螺纹丝牙的平均受力PU，螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure BDA0003377396860000055
螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure BDA0003377396860000056
则可按下式分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000057
和许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000058
的计算：
Figure BDA0003377396860000059
Figure BDA00033773968600000510
Figure BDA00033773968600000511
Figure BDA00033773968600000512
Figure BDA00033773968600000513
其中，
Figure BDA00033773968600000514
计算后查表取整数，进而查规范综合确定U型高强螺栓的型号。
(6.2)计算U型高强螺栓杆截面面积AU，则可按下式进行螺栓杆的许用剪应力值[τU]的计算：
Figure BDA0003377396860000061
Figure BDA0003377396860000062
其中，[τU]计算后查表取整数，进而查规范综合确定U型高强螺栓的型号；
⑦进行超高重型动力触探设备、安全保护装置及超高重型动力触探设备整体倾覆稳定性验证，以安全保护装置对基础面投影点O′为中心点，对该点取弯矩，在超高重型动力触探设备后部进行配重，其中，配重点距O′点距离为L，根据下列公式计算出超高重型动力触探设备后部需要额外增加的配重G：
Figure BDA0003377396860000063
即：
Figure BDA0003377396860000064
Figure BDA0003377396860000065
Figure BDA0003377396860000066
Figure BDA0003377396860000067
其中，
Figure BDA0003377396860000068
为绕O′点产生的顺时针弯矩，
Figure BDA0003377396860000069
为绕O′点产生的逆时针弯矩；k为结构抗倾覆安全系数。
所述安全保护装置包括一字型槽钢和C型槽钢组合体，所述一字型槽钢的两侧分别通过普通高强螺栓连接有方形连接耳板，在一字型槽钢的两端分别连接有U型高强螺栓；所述C型槽钢组合体通过普通高强螺栓与两侧的方形连接耳板连接，在C型槽钢组合体的上端面连接有L型支撑钢板，L型支撑钢板上设置有定滑轮。
本发明的有益效果在于：通过对动力触探试验重锤提升过程进行原理分析及理论推导，给出了详细的设计验算过程，采用槽钢与钢板，在高强度螺栓的连接组合下设计而成一种安全保护装置，用于动力触探提升重锤过程的安全防护，使其重锤远离钻机设备及操作人员，而且考虑了钻机正常钻进及提升重锤两种功能的快速转换。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明安全保护装置的结构示意图；
图3是本发明安全保护装置关键位置O′点处的受力分析图；
图4是本发明普通高强螺栓的受力分析图；
图5是本发明U型高强螺栓的受力分析图；
图6是图5的侧视图；
图中：1-安全保护装置，2-超高重型动力触探设备，3-塔架，4- 钢绞线，5-配重沙袋，6-普通高强螺栓，7-U型高强螺栓，8-一字型槽钢，9-方形连接耳板，10-C型槽钢组合体，11-L型支撑钢板。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，在平台上安放塔架3，将安全保护装置1安装在塔架3上，超高重型动力触探设备2通过安全保护装置1和钢绞线4与塔架3连接，在平台上放置配重沙袋5，配重沙袋5位于超高重型动力触探设备2的后方。
如图3～6所示，一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：确定存在一碳酸盐岩大块石高填方地基处理场地，地基处理质量检测方法采用超高重型动力触探法，超高重型动力触探设备是指在超重型动力触探的基础上，将锤重、落距和探杆直径规格尺寸增大形成的新型动力触探设备，确定超高重型动探锤重为W；
步骤二：确定超高重型动力触探试验操作设备选用履带立轴式液压地质勘探钻机，确定塔高为Ht，为保障超高重型动力触探试验安全进行，在距离钻机塔架顶部高度为Hd处安装一种固定于塔架上的可实现动力触探试验和岩芯钻进转换使用的安全保护装置，安全保护装置可将超高重型动探锤向远离钻机方向水平支撑距离为Ld，则安全保护装置以上起吊钢绞线与竖向夹角
Figure BDA0003377396860000091
则安全保护装置所受外力为：
Fx＝W sinθ
Fy＝W(1-cosθ)
步骤三：对动力触探试验起吊重锤过程中整套设备进行受力分析，确定整套试验设备的设计关键环节一，即安全保护装置中连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓强度设计，其受力形式主要受水平向剪力
Figure BDA0003377396860000092
其次受竖向拉力
Figure BDA0003377396860000093
其值分别按下式计算：
Figure BDA0003377396860000094
Figure BDA0003377396860000095
步骤四：连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓，螺栓杆采用外螺纹，直径为d，螺纹丝牙截面形式为矩形，旋合螺纹圈数z，螺纹牙底宽度b，螺纹工作高度h；分析连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓的破坏形式：在水平向剪力
Figure BDA0003377396860000096
作用下发生螺栓杆剪断破坏；在竖直向拉力
Figure BDA0003377396860000097
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏；下面分别进行螺栓杆的许用剪应力值[τL]设计以及螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000098
和螺纹的许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000101
验算设计。
步骤五：计算普通高强螺栓杆截面面积AL，则可按下式进行螺栓杆的许用剪应力值[τL]的计算：
Figure BDA0003377396860000102
Figure BDA0003377396860000103
注：[τL]计算后查表取整数，进而查规范综合确定螺栓型号。
步骤六：计算普通高强螺栓每圈螺纹丝牙的平均受力PL，螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure BDA0003377396860000104
螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure BDA0003377396860000105
则可按下式分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000106
和许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000107
的计算：
Figure BDA0003377396860000108
Figure BDA0003377396860000109
Figure BDA00033773968600001010
Figure BDA00033773968600001011
Figure BDA00033773968600001012
注：
Figure BDA00033773968600001013
计算后查表取整数，进而查规范综合确定螺栓型号。
步骤七：对动力触探试验起吊重锤过程中整套设备进行受力分析，确定整套试验设备的设计关键环节二，即连接安全保护装置与钻机塔架的“U”型高强螺栓强度设计，其受力形式主要受水平向拉力
Figure BDA0003377396860000111
为主，其次受竖直向剪力
Figure BDA0003377396860000112
其值分别按下式计算：
Figure BDA0003377396860000113
Figure BDA0003377396860000114
步骤八：安全保护装置与钻机塔架的“U”型高强螺栓，螺栓杆采用外螺纹，直径为D，螺纹丝牙截面形式为矩形，旋合螺纹圈数Z，螺纹牙底宽度B，螺纹工作高度H；分析连接安全保护装置与钻机塔架的“U”型高强螺栓的破坏形式：在水平向拉力
Figure BDA0003377396860000115
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏；在竖直向剪力
Figure BDA0003377396860000116
作用下发生螺栓杆剪断破坏；下面分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000117
和螺纹的许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000118
以及螺栓杆的许用剪应力值[τU]验算设计；
步骤九：计算“U”型高强螺栓每圈螺纹丝牙的平均受力PU，螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure BDA0003377396860000119
螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure BDA00033773968600001110
则可按下式分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000121
和许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000122
的计算：
Figure BDA0003377396860000123
Figure BDA0003377396860000124
Figure BDA0003377396860000125
Figure BDA0003377396860000126
Figure BDA0003377396860000127
注：
Figure BDA0003377396860000128
计算后查表取整数，进而查规范综合确定螺栓型号。
步骤十：计算“U”型高强螺栓杆截面面积AU，则可按下式进行螺栓杆的许用剪应力值[τU]的计算：
Figure BDA0003377396860000129
Figure BDA00033773968600001210
注：[τU]计算后查表取整数，进而查规范综合确定螺栓型号。
步骤十一：对动力触探试验起吊重锤过程中整套设备进行受力分析，确定整套试验设备的设计关键环节三，即进行动力触探试验设备、安全保护装置及钻机整体倾覆稳定性验证，以安全保护装置对基础面投影点o′为中心点，对该点取弯矩，为了保证钻机提升重锤过程中不产生倾覆危险，需要在钻机后部进行配重，已知配重点距o′点距离为 L，则据下列公式可以计算出钻机后部需要额外增加的配重G：
Figure BDA0003377396860000131
即：
Figure BDA0003377396860000132
Figure BDA0003377396860000133
Figure BDA0003377396860000134
Figure BDA0003377396860000135
式中：
Figure BDA0003377396860000136
为绕o’点产生的顺时针弯矩，
Figure BDA0003377396860000137
为绕o′点产生的逆时针弯矩；k为结构抗倾覆安全系数。
如图2所示，所述安全保护装置包括一字型槽钢和C型槽钢组合体，所述一字型槽钢的两侧分别通过普通高强螺栓连接有方形连接耳板，在一字型槽钢的两端分别连接有U型高强螺栓；所述C型槽钢组合体通过普通高强螺栓与两侧的方形连接耳板连接，在C型槽钢组合体的上端面连接有L型支撑钢板，L型支撑钢板上设置有定滑轮。
实施例
如上所述，一种超高重型动力触探设备安全保护装置及其设计方法，其具体实施过程如下：
如图1所示，确定存在一碳酸盐岩大块石高填方地基处理场地，地基处理质量检测方法采用超高重型动力触探法，超高重型动力触探设备是指在超重型动力触探的基础上，将锤重、落距和探杆直径规格尺寸增大形成的新型动力触探设备，确定超高重型动探锤重为W；
如图1～3所示，确定超高重型动力触探试验操作设备选用履带立轴式液压地质勘探钻机，确定塔高为Ht，为保障超高重型动力触探试验安全进行，在距离钻机塔架顶部高度为Hd处安装一种固定于塔架上的可实现动力触探试验和岩芯钻进转换使用的安全保护装置，安全保护装置可将超高重型动探锤向远离钻机方向水平支撑距离为Ld，则安全保护装置以上起吊钢绞线与竖向夹角
Figure BDA0003377396860000141
则安全保护装置所受外力为：
Fx＝Wsinθ (1)
Fy＝W(1-cosθ) (2)
如图3～4所示，对动力触探试验起吊重锤过程中整套设备进行受力分析，确定整套试验设备的设计关键环节一，即安全保护装置中连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓强度设计，其受力形式主要受水平向剪力
Figure BDA0003377396860000142
其次受竖向拉力
Figure BDA0003377396860000143
其值分别按下式计算：
Figure BDA0003377396860000151
Figure BDA0003377396860000152
将式(1)、(2)分别代入式(3)、(4)，得：
Figure BDA0003377396860000153
Figure BDA0003377396860000154
如图3～4所示，连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓，螺栓杆采用外螺纹，直径为d，旋合螺纹圈数z，螺纹牙底宽度b，螺纹工作高度h；分析连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓的破坏形式：在水平向剪力
Figure BDA0003377396860000155
作用下发生螺栓杆剪断破坏；在竖直向拉力
Figure BDA0003377396860000156
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏；下面分别进行螺栓杆的许用剪应力值 [τL]设计以及螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000157
和螺纹的许用剪应力值
Figure BDA0003377396860000158
验算设计：
Figure BDA0003377396860000159
Figure BDA00033773968600001510
Figure BDA00033773968600001511
按下述公式计算普通高强螺栓螺栓杆每圈螺纹丝牙的平均受力PL：
Figure BDA0003377396860000161
将式(6)代入式(10)，求解得：
Figure BDA0003377396860000162
按下述公式分别计算普通高强螺栓杆截面面积AL、螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure BDA0003377396860000163
及螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure BDA0003377396860000164
Figure BDA0003377396860000165
Figure BDA0003377396860000166
Figure BDA0003377396860000167
将式(5)、(12)代入式(7)，将(11)、(13)代入式(8)，将 (11)、(14)代入式(9)，得：
Figure BDA0003377396860000168
Figure BDA0003377396860000169
Figure BDA00033773968600001610
注：[τL]、
Figure BDA00033773968600001611
计算后查表取整数，进而查规范综合确定螺栓号。
如图3及5所示，对动力触探试验起吊重锤过程中整套设备进行受力分析，确定整套试验设备的设计关键环节二，即连接安全保护装置与钻机塔架的“U”型高强螺栓强度设计，其受力形式主要受水平向拉力
Figure BDA0003377396860000171
其次受竖直向剪力
Figure BDA0003377396860000172
其值分别按下式计算：
Figure BDA0003377396860000173
Figure BDA0003377396860000174
将式(1)、(2)分别代入式(18)、(19)，得：
Figure BDA0003377396860000175
Figure BDA0003377396860000176
如图3及5所示，安全保护装置与钻机塔架的“U”型高强螺栓，螺栓杆采用外螺纹，直径为D，螺纹丝牙截面形式为矩形，旋合螺纹圈数Z，螺纹牙底宽度B，螺纹工作高度H；分析连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓的破坏形式：在水平向拉力
Figure BDA0003377396860000177
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏；在竖直向剪力
Figure BDA0003377396860000178
作用下发生螺栓杆剪断破坏；下面分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure BDA0003377396860000179
和螺纹的许用剪应力值
Figure BDA00033773968600001710
以及螺栓杆的许用剪应力值[τU]验算设计：
Figure BDA00033773968600001711
Figure BDA0003377396860000181
Figure BDA0003377396860000182
按下述公式计算“U”型高强螺栓螺栓杆每圈螺纹丝牙的平均受力PU：
Figure BDA0003377396860000183
将式(6)代入式(25)，求解得：
Figure BDA0003377396860000184
按下述公式分别计算“U”型高强螺栓杆截面面积AU、螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure BDA0003377396860000185
及螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure BDA0003377396860000186
Figure BDA0003377396860000187
Figure BDA0003377396860000188
Figure BDA0003377396860000189
将式(21)、(27)代入式(22)，将(26)、(28)代入式(23)，将(26)、(29)代入式(24)，得：
Figure BDA00033773968600001810
Figure BDA00033773968600001811
Figure BDA0003377396860000191
注：[τU]、
Figure BDA0003377396860000192
计算后查表取整数，进而查规范综合确定螺栓型号。
如图1～3所示，对动力触探试验起吊重锤过程中整套设备进行受力分析，确定整套试验设备的设计关键环节三，即进行动力触探试验设备、安全保护装置及钻机整体倾覆稳定性验证，以安全保护装置对基础面投影点o’为中心点，对该点取弯矩，为保障整套设备安全运行，应满足合力矩为零，即：
Figure BDA0003377396860000193
即：
Figure BDA0003377396860000194
式中：
Figure BDA0003377396860000195
为绕o’点产生的顺时针弯矩，
Figure BDA0003377396860000196
为绕o′点产生的逆时针弯矩，根据弯矩计算规则，分别可得：
Figure BDA0003377396860000197
Figure BDA0003377396860000198
式中：k为结构抗倾覆安全系数。
将式(34)、(35)代入式(33)，整理得：
Figure BDA0003377396860000199
至此，设计验算完成。
本发明针对碳酸盐岩大块石高填方地基处理场地，提出了一种超高重型动力触探设备安全保护装置及及其设计方法，通过在钻机立架上添加使用安全保护装置，既可将超高重型动探锤向远离钻机方向水平支撑一定的距离从而起到保护钻机的作用，又不影响钻机进行正常的钻进作业。本发明从整套设备安全稳定运行角度出发，通过对动力触探试验重锤提升过程进行原理分析及理论推导，确定三处主要安全风险点，进而给出了详细的设计验算过程。
综上所述，本发明具有较好的可操作性，装置现场安装便利，在保证安全的前提下兼顾经济性，且有利于动力触探检测效率的提升，减小安全事故发生的可能性，通过对整套设备运行过程中主要风险点的验算设计，最终得到一整套适用于碳酸盐岩大块石高填方的地基处理质量检测方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经创造性劳动的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种超高重型动力触探设备安全保护装置的设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
①确定碳酸盐岩大块石高填方地基处理场地，地基处理质量检测方法采用超高重型动力触探法，获取超高重型动探锤重W；
②超高重型动力触探设备选用履带立轴式液压地质勘探钻机，获取塔架高度Ht，在距离塔架顶部高度Hd处安装安全保护装置，安全保护装置将超高重型动力触探设备的探锤向远离钻机方向进行水平支撑，距离为Ld，则安全保护装置以上的起吊钢绞线与竖直方向的夹角
Figure FDA0003602131200000011
安全保护装置所受外力为：
Fx＝Wsinθ
Fy＝W(1-cosθ)
其中，Fx为水平外力，Fy为竖向外力；
③对安全保护装置中连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓强度进行受力分析，其受力形式为受水平向剪力
Figure FDA0003602131200000012
受竖向拉力
Figure FDA0003602131200000013
计算公式如下：
Figure FDA0003602131200000014
Figure FDA0003602131200000021
④分析连接耳板与可转动槽钢的普通高强螺栓的破坏形式，在水平向剪力
Figure FDA0003602131200000022
作用下发生螺栓杆剪断破坏，在竖直向拉力
Figure FDA0003602131200000023
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏；分别对螺栓杆的许用剪应力值[τL]、螺纹的许用挤压应力值
Figure FDA0003602131200000024
和螺纹的许用剪应力值
Figure FDA0003602131200000025
进行验算；
其中，普通高强螺栓的螺栓杆采用外螺纹，其直径为d，旋合螺纹圈数为z，螺纹牙底宽度为b，螺纹工作高度为h；
(4.1)计算螺栓杆截面面积AL，则可按下式进行螺栓杆的许用剪应力值[τL]的计算：
Figure FDA0003602131200000026
Figure FDA0003602131200000027
其中，[τL]计算后查表取整数，进而查规范综合确定普通高强螺栓的型号；
(4.2)计算普通高强螺栓每圈螺纹丝牙的平均受力PL，螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure FDA0003602131200000028
螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure FDA0003602131200000029
则可按下式分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure FDA0003602131200000031
和许用剪应力值
Figure FDA0003602131200000032
的计算：
Figure FDA0003602131200000033
Figure FDA0003602131200000034
Figure FDA0003602131200000035
Figure FDA0003602131200000036
Figure FDA0003602131200000037
其中，
Figure FDA0003602131200000038
计算后查表取整数，进而查规范综合确定普通高强螺栓的型号；
⑤对安全保护装置与钻机塔架的U型高强螺栓强度进行受力分析，其受力形式为受水平向拉力
Figure FDA0003602131200000039
受竖直向剪力
Figure FDA00036021312000000310
其值分别按下式计算：
Figure FDA00036021312000000311
Figure FDA00036021312000000312
其中，U型高强螺栓的螺栓杆采用外螺纹，直径为D，螺纹丝牙截面形式为矩形，旋合螺纹圈数Z，螺纹牙底宽度B，螺纹工作高度H；
⑥分析连接安全保护装置与钻机塔架的U型高强螺栓的破坏形式，在水平向拉力
Figure FDA0003602131200000041
作用下发生螺纹的压溃及剪断破坏，在竖直向剪力
Figure FDA0003602131200000042
作用下发生螺栓杆剪断破坏；分别对螺纹的许用挤压应力值
Figure FDA0003602131200000043
螺纹的许用剪应力值
Figure FDA0003602131200000044
以及螺栓杆的许用剪应力值[τU]进行验算；
(6.1)计算U型高强螺栓每圈螺纹丝牙的平均受力PU，螺纹丝牙一圈挤压面面积为
Figure FDA0003602131200000045
螺纹丝牙一圈剪切面面积为
Figure FDA0003602131200000046
则可按下式分别进行螺纹的许用挤压应力值
Figure FDA0003602131200000047
和许用剪应力值
Figure FDA0003602131200000048
的计算：
Figure FDA0003602131200000049
Figure FDA00036021312000000410
Figure FDA00036021312000000411
Figure FDA00036021312000000412
Figure FDA00036021312000000413
其中，
Figure FDA00036021312000000414
计算后查表取整数，进而查规范综合确定U型高强螺栓的型号；
(6.2)计算U型高强螺栓杆截面面积AU，则可按下式进行螺栓杆的许用剪应力值[τU]的计算：
Figure FDA0003602131200000051
Figure FDA0003602131200000052
其中，[τU]计算后查表取整数，进而查规范综合确定U型高强螺栓的型号；
⑦进行超高重型动力触探设备、安全保护装置及超高重型动力触探设备整体倾覆稳定性验证，以安全保护装置对基础面投影点o′为中心点，对该点取弯矩，在超高重型动力触探设备后部进行配重，其中，配重点距o′点距离为L，根据下列公式计算出超高重型动力触探设备后部需要额外增加的配重G：
Figure FDA0003602131200000053
即：
Figure FDA0003602131200000054
Figure FDA0003602131200000055
Figure FDA0003602131200000056
Figure FDA0003602131200000057
其中，
Figure FDA0003602131200000058
为绕o′点产生的顺时针弯矩，
Figure FDA0003602131200000059
为绕o′点产生的逆时针弯矩；k为结构抗倾覆安全系数；
所述安全保护装置(1)包括一字型槽钢(8)和C型槽钢组合体(10)，所述一字型槽钢(8)的两侧分别通过普通高强螺栓(6)连接有方形连接耳板(9)，在一字型槽钢(8)的两端分别连接有U型高强螺栓(7)；所述C型槽钢组合体(10)通过普通高强螺栓(6)与两侧的方形连接耳板(9)连接，在C型槽钢组合体(10)的上端面连接有L型支撑钢板(11)，L型支撑钢板(11)上设置有定滑轮。
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