二衬模板台车检算资料Word下载.docx

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（2）分析部分的挤压面载荷P2

该值取为4.7t/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P1和P2的作用，两部分的合力P=P1+P2=1.2+4.7=5.9t/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250×

0.3=75mm，偏于安全。

根据上述模板所受的面载荷为5.9t/m2，那么在250mm宽，1500mm长的面积上所受到的载荷为：

5.9×

0.25×

1.5=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。

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75×

50×

6的角钢及150×

10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：

X=

/

Y=

查表可知角钢75×

6的横截面积A=726mm2，惯性矩IX=411200mm4，X0=12.1mm，Y0=24.4mm。

则：

X=[150×

10×

75+726×

（75+12.1）]/（1500+726）=78.946

Y=[150×

78+726×

24.4]/（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×

10*10*10/12+150×

（78-60.519）2+411200+726×

（60.519-24.4）2=1829204.690386mm4

抗弯截面模数为：

W1=IX/（78.946-60.519）=97180.51mm3

W2=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=1.475×

104×

1.52/8=4148.44（N.m）

梁的最大弯曲应力为：

σ=Mmax/30225=137.3[MPa]

对于Q235钢，[σs]=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=2.1×

105MPa；

I－截面的惯性矩，I=1.829×

10-6m4；

q－梁受到的均布载荷，q=1.475×

104N；

l－梁的长度，l=1.5m；

将各值代入上式：

fmax=5×

1.475×

1.54/（384×

2.1×

1011×

1.829×

10-6）=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，模板台车半径取7.5m。

（1）千斤顶受力有：

1）模板及其支架重量：

[114.8°

×

2×

7.5×

π/180°

+24.8°

]×

12.1×

180=0.08×

106N

2）混凝土自重：

W=L×

S×

T

式中：

T－混凝土自重，T取2.4×

104KN/m3；

S－混凝土衬砌截面积m2；

W=[114.8°

/360°

3.1415×

2.4×

104=2.18×

3）挤压载荷：

该值取4.7t/m2，则

47000×

12.1=1.06×

107N

因此模板受到力为三个之和为1.06×

107N，该值作为校核千斤顶的依据。

（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=1.06×

107N/14=7.57×

105N。

竖向千斤顶采用矩形螺纹，螺杆及螺母均为45号钢，其σs=360MPa，[σb]=180MPa，[τ]=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：

σb=3FH1/πd3b2n≤[σb]

螺杆剪切强度验算公式：

τ=F/πd3bn≤[τ]

F－轴向载荷，F=7.57×

105N；

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；

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：

σb=138MPa<

[σb]

τ=46MPa<

[τ]

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=πd2/4=0.02545m2。

σcr=Fcr/A=7.57×

105N/0.02545m2=29.7MPa≤σp=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×

103KN，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=117KN

σcr≤σp=200MPa

σ=F/A=117KN/0.02545m2=4.6MPa<

200MPa，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ρ=2.4t/m3。

则混凝土自重为：

W=8.4×

2.4=21.2（t）

则单位面积上的载荷为：

P1=21.2/（5.7×

2.1）=1.77t/m2

上横梁还承受顶模自重：

P2=3.2/（8.4×

2.1）=0.18t/m2

总的面载荷为：

P=P1+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；

1.95×

0.24×

8.4=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：

图2.2.4-2横梁截面示意图

则组合截面惯性矩为：

IX=12×

4763/12+（260×

123×

/12+260×

12×

2442）×

2=479429696

抗弯矩面模数：

W1=IX/250=1917718.78mm3

W2=IX/130=3687920mm3

则梁所受最大弯矩为：

Mmax=ql2/8=4700×

8.42/8=41454（N.m）

σ=Mmax/W2=41454/（368.792×

10-5）=112MPa

梁的最大变形量为：

其中：

E=2.1×

105MPa

I=4.7×

10-4m3

4700×

8.44/（384×

4.8×

10-4）=0.003m=3mm

（2）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：

图2.2.4-3横梁截面示意图

IX=（300×

123/12+300×

2＋12×

4763／12×

2=644445952mm4

抗弯矩面模数为：

W1=IX/250=2577783mm3

W2=IX/150=4296306mm3

σ=Mmax/W2=41454/（429.63×

10-5）=96.5MPa

I=6.4×

10-4m4

6.4×

10-4）=0.002m=2.3mm

（3）中立柱

立柱主要承受来自模板的挤压载荷，其值为4.7t/m2，则在宽240mm，长4810mm的梁上其线载荷为：

q=1.128t/m。

其截面示意图为图2.2.4-4：

IX=12×

Wx=IX/250=1917718.78mm3

则梁所受最大弯矩为：

Mmax=ql2/8=11280×

4.812/8=32621.9（N.m）

σ=Mmax/Wx=32621.9/（191.8×

10-5）=17MPa

I=4.79×

11280×

4.814/（384×

4.79×

10-4）=0.00078m=0.78mm

图2.2.4-4中立柱截面示意图

（4）两端立柱

端立柱承受挤压载荷P=4.7t/m2，端立柱为变截面，我们取截面最小处进行分析，取立柱上长4810mm，宽300mm的面积来进行分析，则作用在4810mm长的柱上的线载荷为：

q=1.41t/m。

其截面示意图为图2.2.4-5：

图2.2.4-5两端立柱截面示意图

1942）×

3763／12×

2=377380352mm4

W1=IX/200=1886901.76mm3

W2=IX/150=2515869mm3

Mmax=ql2/8=14100×

4.812/8=40777（N.m）

σ=Mmax/W1=40777/（188.69×

10-5）=21.6MPa

I=3.77×

14100×

3.77×

10-4）=0.0012m=1.2mm

（5）上纵梁

取与上横梁相同的载荷q=0.47t/m，上纵梁长度取12.1m,由7个立柱支撑，等效为长2.06米长的梁单元。

截面示意图如图2.2.4-6：

图2.2.4-6上纵梁截面示意图

W2=IX/150=2515869.01mm3

2.06×

2.06/8=2493（N.m）

梁的最大弯曲应力：

σ=Mmax/W1=2493/（188.69×

10-5）=13.1MPa

10-4m-4

2.064/（384×

10-4）=0.02mm

上述内容主要对模板、竖向千斤顶和升降油缸、侧模丝杠、门架等四项进行了刚度、强度及稳定性的检算，检算时采用偏于安全的保守算法，检算结果表明，整个模板台车的强度、刚度及稳定性是满足双线铁路隧道衬砌施工要求的。