二衬模板台车检算资料

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1、2.2 多变径模板台车的检算为了保证多变径模板台车的强度、刚度、稳定性，必需对台车进行检算，保 证隧道衬砌施工的安全。2.2.1 模板系统受力分析台车模板分顶模、左右边模，由于顶模受到混凝土自重、施工载荷及注浆口 封口时的挤压力等载荷的作用，其受力条件显然比其他部位的模板更复杂、受力 更大、结构要求更高。由于边模与顶模的结构构造一样，边模不受砼自重，载荷 较小，因此对其强度分析时只考虑顶模。顶模板通过上纵梁总成承受整个上部模板的载荷，而上纵梁有 14 个支撑点 （10个机械千斤顶，4 个液压油缸）承受竖向载荷并传力至门架。由于混凝土输 送泵通过管道向台车输送混凝土，与注浆口接口处的局部挤压力较

2、大，其他地方 压力较小。在衬砌时的混凝土自重及边墙压力靠模板承受。模板的整体强度即有 拱板承受又有千斤顶承受，以保证模板工作时的绝对可靠。台车模板沿洞轴方向看是一个圆柱壳，只不过它是由多个 2 米高的圆柱形组 合而成。通过计算得知模板下的托架支承及圆弧拱板的刚度是足够的，而顶模最 危险处应在最顶部（由于灌注时的压力）。因此，其力学模型可取最顶部2mX2.1m 模板进行受力分析及强度校核，其受力简图如图 2.2.1-1。图 2.2.1-1 模板受力简图该部分载荷由两部分组成，一是砼的自重；二是注浆口封口时产生的较大挤 压力，该取值是一个不确定的，它与灌注封口时的操作有极大关系。如果混凝土 已经灌

3、满，而操作人员仍然由输送泵输送混凝土，由于输送泵的理论出口压力(36.5Kg/cm2)很大，就有可能造成模板的变形破环。由于输送管的长度及高度 的变化，注浆口接口处压力实际有多大，目前没有理论及实验验证的数据可供参 考。据此情况，操作者就必须及时掌握和控制灌注情况，根据操作经验判定已经 灌满，并及时停止输送。( 1 )分析部分的混凝土自重 P1分析部分的长为2m,宽为1.5m，混凝土厚为0.5m,其密度为2.4t/m3,则 混凝土自重为：W=2X1.5X0.5X2.4=3.6 (t)则单位面载荷为：P1=3.6/ (2X1.5) =1.2t/m2(2) 分析部分的挤压面载荷 P2该值取为4.7

4、 t/m2,参考自日本岐阜工业公司提供的参数(隧道施工机械简 明手册第一册，铁道部隧道工程局，1984)。那么，这部分模板就受到P和P2 的作用，两部分的合力P=P1+ P2=1.2+4.7=5.9 t/m2。(3) 模板的弯曲应力由于模板的内表面每隔 250mm 有一根加强角钢，因此，我们可以把它简化 成每隔 250mm 的梁单元来考虑。将宽度为 250mm 的模板所受到的载荷折算成 梁上的线载荷。这是在有限元单元处理中常用的方法，其翼缘板的宽度取它与相 邻筋板间距的 30%(弹性和塑性力学中的有限单元法，机械工业出版社，1988)， 即250X0.3=75mm,偏于安全。根据上述模板所受的

5、面载荷为5.9t/m2，那么在250mm宽，1500mm长的面 积上所受到的载荷为5.9X0.25X1.5=2.21 (t),将此载荷作用在1.5m长的梁上， 则其线载荷为：q=2.21/1.5=1.475 (t/m)如果对整个模板进行受力分析，就必须将整个模板等效成梁单元的空间框架 结构，利用有限元理论，通过电算进行有限元分析。这里，我们只能取一根梁进 行分析，简化后的梁单元力学模型按简支梁处理，其受力简图如图 2.2.1-2，这是 因为两边有250mm高的拱板及立柱支承。M1-.J|-| I IQmaxMmaxQmax图 2.2.1-2 模板的弯曲应力图梁的横截面如图 2.2.1-3。图

6、2.2.1-3 角钢横截面图为计算梁的弯曲应力，必先计算该横截面的形心，该截面是由75X50X6 的角钢及150X10的组合截面，根据图示坐标系，计算组合截面形心的X、Y坐 标。其计算公式为：Y AiXi 2 AiY AiYi Y AiX=/Y=/查表可知角钢75X50X6的横截面积A=726mm2，惯性矩IX=411200mm4，X0=12.1mm，Y0=24.4mm。则：X=150X10X75+726X（75+12.1）/（1500+726）=78.946Y=150X10X78+726X24.4/（1500+726）=60.519根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩：IX=150

7、X10*10*10/12+150X10X（78-60.519）2 +411200+726X（60.519-24.4）2= 1829204.690386mm4抗弯截面模数为：W1 = IX/（78.946-60.519）=97180.51mm3W2 = IX/60.519=30225mm3简支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中，其值为：Mmax=ql2/8=1.475X104X1.52/8=4148.44（N.m）梁的最大弯曲应力为：=Mmax/30225=137-3Mpa对于Q235钢，oJ=235MPa，所以，梁的强度通过。(4) 模板的最大位移梁单元的最大变形量，即模板的最大位移。 根

8、据受均布载荷简支梁的位移公式：fmax=5ql4/384EI式中，E弹性模量，E=2.1X105MPaI截面的惯性矩，I=1.829X10-6m4q梁受到的均布载荷，q=1.475X104N；1 梁的长度，l=1.5m；将各值代入上式：fmax=5X1.475X104X1.54/(384X2.1X1011X1.829X10-6)=0.001m=2.53mm即模板的最大变形为 2.53mm。通过上述的分析计算可知，整个模板的强度和刚度是足够的。2.2.2 竖向千斤顶、升降油缸的校核 混凝土自重及其他作用力通过每边的 5 个千斤顶及 2 个油缸承受，并通过千 斤顶及油缸传于门架横梁上，模板台车半径

9、取 7.5m。（1）千斤顶受力有：1）模板及其支架重量：114.8X2X7.5Xn/180 +24.8X2X7.5 Xn/180 X 12.1 X 180=0.08X106N2）混凝土自重：W=LX SX T式中：T混凝土自重，T取2.4X104KN/m3； S 混凝土衬砌截面积m2； 则：W=114.8 /360 X2X3.1415X7.5X12.1X0.5X2.4X104=2.18X106N3）挤压载荷：该值取4.7t/m2，则47000X114.8 /360 X2X3.1415X7.5X12.1=1.06X107N因此模板受到力为三个之和为1.06X107N，该值作为校核千斤顶的依据。（

10、2）竖向千斤顶的校核竖向千斤顶承受的轴向载荷为P=F/14=1.06X 107N/14=7.57X 105N。竖向千 斤顶采用矩形螺纹，螺杆及螺母均为45号钢，其。s=360MPa, 。J=180MPa, t =108MPa，安全系数为2。由于螺杆、螺母的材料相同，只需校核螺杆螺纹 强度。螺杆弯曲强度验算强度经验公式：o b=3FH/ n d3b2n W o b螺杆剪切强度验算公式：t =F/ n d3bnW t 式中： F 轴向载荷， F=7.57X105N；H1 基本牙形高度 mm， H1=0.5P=6mm；d3 外螺纹小径，d3=87mm；P螺距，为12mm； H螺杆高度为120mm；

11、n旋合圈数，n=H/P=10； b 螺纹牙根部的宽度，矩形螺纹b=0.5P。将各值代入上式，则：ob=138MPav oj t =46MPav t 经验证，千斤顶符合要求。（3）升降油缸的校核油缸活塞杆为直径180mm的圆钢，A=n d2/4=0.02545m2。o cr=Fcr/A=7.57X 105N/0.02545m2=29.7MPaW。p=200MPa，则升降油缸的强 度符合要求。2.2.3 侧模丝杠强度校核台车边模板左右对称，结构受力完全相同，由于模板下部向里靠拢，承受混 凝土的自重很少，一次自重载荷不必考虑，只考虑浇筑混凝土时侧压力的影响。 边墙的侧压力取为46.06KPa,该值取

12、至日本岐阜工业公司12米液压台车的计算 值，较目前国内边模板的侧压力计算大些，偏于安全。由于衬砌长度为12.1 米,边模弧度长为8.8m,则边模板水平载荷W=PS=4.9 X103KN，侧模上边一组丝杠与底部一组丝杠其支承作用，则侧模板侧压力主要 靠中间丝杠支承（共 42 个），采用和竖向 千斤顶相通的强度校核。则每个丝杠 承受为：F=W/42=117KN0p=200MPa则：o =F/A=117KN/0.02545m2=4.6MPav200MPa，因此丝杠满足要求。2.2.4 门架受力分析台车门架是一个空间的整体框架结构。水平及垂直方向的载荷主要靠7 片门 架承受。门架整体框架结构的受力分析

13、有两种工况：其一是门架水平载荷的受力 载荷分析；其二是垂直载荷作用下的门架受力。为了整体结构的稳定性，我们采 用了双横梁结构，确保了结构的安全可靠。门架受力总图如图 2.2.4-1：图 2.2.4-1 门架受力总图(1)上横梁受力分析(中)混凝土自重通过液压油缸传递到横梁，在长5.7m，宽2.1m的面积上，混凝 土厚度为0.5m，其密度为P =2.4t/m3则混凝土自重为：W=8.4 X2.1X0.5X 2.4=21.2(t)则单位面积上的载荷为：P1=21.2/(5.7X2.1)=1.77t/m2上横梁还承受顶模自重：P2=3.2/(8.4X2.1)=0.18t/m2总的面载荷为：P= P1

14、+ P2=1.95t/m2横梁所承受的面载荷为1.95t/m2，作用在240mm宽，8400mm长的面积上； 1.95X0.24X8.4=3.9 (t),作用在 8.4m 长的梁上，其线载荷为：q=0.47t/m。其截面示意图如图 2.2.4-2：y/A7/.L 124-V/A/X260Y&005图 2.2.4-2 横梁截面示意图则组合截面惯性矩为：IX=12 X 4763/12+ (260X123X/12+260X12 X 2442)X2=479429696 抗弯矩面模数：W1=IX/250=1917718.78mm3W2=IX/130=3687920mm3则梁所受最大弯矩为：Mmax=ql2/8=470 X 8-42/8=41454(N-m) 梁的最大弯曲应力为： =Mmax/W2=41454/(368-792X 10-5)=112MPa梁的最大变形量为：fmax=5ql4/384EI其中：E=2.1X105MPaI=4.7X10-4m3则： fmax=5X4700X8.44/(384X2.1X1011X4.8X10-4)=0.003m=3mm2)上横梁受力分析(端) 其受力状况与中梁一致，其线载荷为 q=0.47t/m 其截面示意图如图 2.2.4-3：300-75 -75V/A图 2.