贵广铁路某隧道模板受力分析

1 -模板台车受力分析模板台车受力分析1、台车构成隧道全断面衬砌台车主要由门型框架（纵梁、横梁、底梁、竖撑、顶推螺杆斜撑） 、面板（顶模板、边模板、加强肋） 、行走系统（滑动钢轮、电动机） 、液压系统、连接件及紧固装置构成各构（杆）件采用 M20 螺栓连接，螺栓孔均采用机械成孔，孔径较螺栓杆体大 2mm台车构造具体见图一图一、图二图二图一：全断面衬砌台车构造图图一：全断面衬砌台车构造图- 2 -图二：图二：9m 长衬砌台车侧视图长衬砌台车侧视图整体式衬砌台车总体构造如下所示：顶模总成：2 组；顶部架体：1 组；升降油缸：4 件；平移装置：2 组；门架体：1 组；边模总成：2 组；边模丝杠：26 件；边模通梁：8 件；边模油缸：4 件；底部丝杠体：14 件 3 -台车标准长度为 9m 时，设置 12 个工作窗口二、台车结构受力检算二、台车结构受力检算模板支架如图 1 所示计算参照《建筑结构荷载规范》 （GB50009-2001） 、 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 （GB50204-2002） 、 《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)、 《钢结构设计规范》 （GB50017-2003） 、 《砼泵送施工技术规程》(JG/T3064-1999)。

1、荷载计算（1） 、荷载计算1） 、上部垂直荷载永久荷载标准值：上部混凝土自重标准值：1.9×0.6×11.0×24=200.64KN钢筋自重标准值：9.8KN模板自重标准值：1.9×11.0×0.01×78.5=16.4KN弧板自重标准值：（11.0×0.3×0.01×2+11.0×0.3×0.01）×78.5=7.77KN台梁立柱自重：0.0068×（1.15+1.45）×2×78.5=2.78KN上部纵梁自重：（0.0115×8.2+0.015×1.9×2）×78.5=11.88KN可变荷载标准值：施工人员及设备荷载标准值：2.5- 4 -振捣混凝土时产生的荷载标准值：2.02） 、中部侧向荷载永久荷载标准值：新浇注混凝土对模板侧面的压力标准值：F=0.22rctoβ1β2v 1/2=0.22×25×8×1.2×1.15×10.5=60.6KN/m2F=rc×H=25×3.9=97.5KN/m2取两者中的较小值，故最大压力为 60.6KN/m2有效压力高度 h=2.42m换算为集中荷载：60.6×1.9×0.6=69.1KN其中：F—新浇混凝土对模板的最大侧压力；rc—混凝土的表观密度；to—新浇混凝土的初凝时间；v—混凝土的浇筑速度；H—混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度；β1—外加剂影响修正系数；β2—混凝土坍落度影响修正系数；h—有效压力高度。

可变荷载标准值倾倒混凝土荷载值：2.0KN/m2振捣混凝土时产生的荷载标准值：4.0KN/m2（2）荷载组合- 5 -1）组合Ⅰ 恒载×1.2+活载×1.42）组合Ⅱ 恒载×1.0+活载×1.02、钢模板设计钢模板的作用是保持隧洞衬砌混凝土浇筑的外形及承担混凝土浇筑荷载钢模板主要由面板、弧形板、支撑角钢、立筋板、活动铰构成，活动铰将其分成几段，利用连接螺栓合成整理A）设计假定：面板弧形板按照双铰耳设计，最大正负弯矩区采用加强措施；面板按四边支撑或三边支撑一边自由板计算B）荷载及其组合：顶拱钢模面板的计算荷载包括设计衬砌混凝土浇筑荷载、允许超挖及局部过大超挖部分的混凝土浇筑荷载和面板的自重等q=q0+q1+q2+q3 式中 q 面板计算荷载q0—面板自重，按照初选面板厚度计算；q1—设计衬砌混凝土荷载，q1= r×h；r—钢筋混凝土容重；h—设计衬砌厚度；q2—允许超挖部分的混凝土荷载；q3—局部过大超挖部分回填的混凝土荷载（不包括允许超挖部分） ，为 1.2m；q4—含义同，仅加载部位有异；q5—混凝土侧压力；q5= γR＇+C- 6 -R＇—内部插入振捣器影响半径，采用 0.75m；C—混凝土入仓对模板的冲击力，目前，设计中采用 0.2tf/m2。

1） 、模板面板计算面板是以肋板为支座的连续梁，可简化为四跨连续梁进行计算按照荷载组合 1，取 1m 宽的板条计算：对拱顶面板：q=1.2×1.0(25×1.0+78.5×0.01)+2.0×1.4=33.6KN/m对侧墙面板:q=1.2×1.0×60.6+6.0×1.4=81.12KN/m取侧墙模板进行验算,取荷载调整系数 0.85，有：q=81.12×0.85=68.95KN/m故 Mmax=0.105ql2=0.105×68.95×0.282=0.57KN.m模板钢材 Q235，10mm 厚钢板的截面力学参数截面惯性矩 I 和截面抵抗矩 W 分别为：W=1.6×10-5m3I=8.3×10-8m4所以有:强度验算:σ=Mx/γxWnx=90.4N/mm2 ＜ƒ =215 N/mm2 安全刚度验算:ν=0.644ql4/100EI=0.644×66.0×0.2864/(100×2.06×105×1.8×10-8)=0.77mm＜L/250=1.1mm 满足要求根据计算结果，钢模板面板适合采用 10mm 厚的钢板2）模板肋板计算横肋布置按 230mm 考虑，计算简图如下：- 7 -0.23 68.9515.8PKN0.06/qKN m故：22max0.1250.125 0.06 0.230.250.91MqlPLKN mg模板钢材 Q235，钢板的截面力学参数截面惯性矩 I 和截面抵抗矩 W 分别为：所以有：强度验算： 安全22135.1/215/xxnxMN mmfN mmW刚度验算： 满足要求45/3840.2/2501.1vqlEImmlmm（3）弧板计算弧板采用 A3δ10 钢板，宽度 300mm，加强筋采用钢板及 10#槽钢，中心间距 250mm。

荷载为模板荷载和自重，采用 ANSYS 分析内力如下：最不利的弯矩和剪力为：209000xMN mg115000vN弧板的截面力学参数截面惯性距 I 和截面抵抗矩 W 分别为：33441.303 101.954 10WmImN1N2qPB肋板计算简图W=6.4×10-6m3 I=1/9×0.006×0.0753=2.81×10-7m4- 8 -所以有：安全22160.4/215/xxnxMN mmfN mmW安全2276.9/125/v wVSN mmfN mmIt采用组合 1 计算结果：刚度验算： 满足要求47.4/25048.4vmmlmm（4）模板支架的计算模板支架按照钢框架结构计算，荷载见“二 荷载计算” ，钢材Q235，门架横梁截面尺寸 400 250mm，结构为焊接工字型，上下面板，立板为 δ12门架横梁钢的截面力学参数截面惯性距 I 和14截面抵抗矩 W 分别为：； ；333.132 10Wm449.396 10Im立柱截面尺寸 500 250mm，结构为焊接工字型，上下面板，14立板为 δ12。

立柱的截面力学参数截面惯性距 I 和截面抵抗矩 W 分别为：； ；332.145 10Wm445.361 10Im采用 SAP2000 计算，组合 2 计算结果如下：位置弯矩（）KN mg剪力（）KN立柱顶225.47167.30立柱中22.2831.52立柱下44.4738.08顶梁边252.47360.85顶梁中99.464.07中梁边27.8413.65中梁中1.214.00- 9 -立柱计算对各点进行受力验算，立柱最不利的弯矩和剪力、轴力为：252470xMN mg167295VN378290NN所以有：安全22102.3/215/xxnxMN mmfN mmW安全2275.8/125/v wVSN mmfN mmIt安全2227.8/215/v nNN mmfN mmA采用组合 1 计算结果：刚度验算： 满足要求1.6/25012vmmlmm框架梁计算对各点进行受力计算，顶梁最不利的弯矩和剪力、轴力为：252470xMN mg260860VN167300NN所以有：安全2270.1/215/xxnxMN mmfN mmW安全22108.0/125/v wVSN mmfN mmIt采用组合 1 计算结果：刚度验算： 满足要求。

16.1/25032vmmlmm（5）底部大梁的计算大梁按照简支梁结构计算，不考虑中间支座作用大梁箱形截- 10 -面 500 500mm，，钢材 Q235，底梁的截面力学参数截面惯性矩14I 和截面抵抗矩 W 分别为：33335.077 101.523 10WmIm大梁计算简图采用 SAP2000 计算，组合 2 计算结果如下：单位:单位:底部大梁剪力图底部大梁弯矩图最不利的弯矩和剪力、轴力为：3278310xMN mg719680VN所以有：22610/215/xxnxMN mmfN mmW安全2285/125/v wVSN mmfN mmIt采用组合 1 计算结果：刚度验算： 不满足要求59.7/25048vmmlmm- 11 -整体稳定性验算：23278310/(1.6 5077)215/xbxMfN mmW考虑中间支座作用，计算结果如下：最不利的弯矩和剪力、轴力为：97860xMN mg142050VN所以有：安全2228/215/xxnxMN mmfN mmW安全229.2/125/v wVSN mmfN mmIt采用组合 1 计算结果：刚度验算： 满足要求0.5/25048vmmlmm整体稳定性验算：23278310/(1.6 5077)215/xbxMfN mmW故如果考虑底梁下的千斤顶的支座作用，结构是满足要求的；如果不考虑支座作用，结构靠整个大梁受力，则需加大底梁截面。

6）台车抗浮计算抗浮千斤顶丝杆直径为 75mm，丝母直径为 110，螺纹型号为Tr10*300加长部分为 108*6 无缝管模板台车衬砌时混凝土灌注速度要求高，混凝土一直处于流体状态，设密度为，模板32.4 / t m台车长度为，112lm29lm模板台车外轮廓线方程：222(2.48)6.2xy- 12 -（隧道半径为 4.55m，隧道中心距隧道底面 2.48m）浮力方程为：2202[ 6.2(2.48)5]h fglxdx22.48[(2.48) 38.44(2.48)38.44arcsin1029.8]6.2hhxhgh（h 为灌注高度）对上式求导，求出浮力的极大值位置：令：0df dh可得： 10h 24.96h 代入数值可得：h=0 时，f=0，即在最低部时浮力为 0对于 L=12m 的台车：h=4.96 时 浮力最大值62.9 10fN台车整体重量若小于浮力最大值，设计时需考虑设置抗浮装置台车整体重量 108 吨，其上部架体和模板重量 74 吨，小于浮力最大值，设计时需考虑设置抗浮装置抗浮千斤顶丝杆直径为 75mm，检算如下：安全6 22 21.35 10305/325/75 /4nNN mmfN mmA。