某隧道衬砌台车结构计算书.docx
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某隧道衬砌台车结构计算书
XXXXXXXXXX引水隧道工程
衬砌台车计算书
校核:
2017年10月
xxxxx工程衬砌台车计算书
1.计算依据
1、?
xxxxx施工图设计?
2、?
衬砌台车构造设计图?
3、?
钢构造设计规?
(GB50017-2003)
4、?
混凝土构造设计规?
(GB50010-2002)
2.概况
xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下列图2.1-2.2。
隧道二衬模板由一顶模、两侧模组成,模板均由6mm钢板按照二衬外轮廓线卷制而成。
顶模模板拱架环向主肋采用I10工字钢,加工成R=1447mm,L=3650mm的圆弧拱形,拱架环向肋板间距1m,拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢,间距30cm;侧模模板拱架环向肋板采用1524mm长的I14工字钢,侧模环向肋板在隧洞腰线以上局部加工成加工成R=1447mm,L=527mm的圆弧拱形,腰线以下加工成R=3327mm,L=997mm的圆弧拱形,拱架环向肋板间距1m,拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢,间距30cm。
衬砌台车由顶拱支撑、台车门架构造、走行系统、顶升系统及侧模支撑系统组成,纵向共9m长。
顶拱支撑采用H200×200×8.0立柱,纵向焊接通长的∠45*45*6的角钢组成钢桁架,焊接于台车门市框架主横梁上,支撑顶模。
衬砌台车门式框架立柱采用H200×200×8.0型钢、横梁、纵梁均采用I20a工字钢焊接组成,其节点处焊接1cm厚的三角连接钢板缀片进展加固。
本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体。
进展顶模的安装及撤除时,在轨道两侧支垫20*20*60cm的枕木,枕木上安放千斤顶进展台车和顶拱支撑系统的整体升降。
侧模支撑系统的螺旋丝杆,每断面设置4个。
下部螺旋丝杆水平支承于台车的I20a纵梁上,上部螺旋丝杆水平支撑于台车的I20a立柱上。
三角板与构件之间焊接为满焊,焊脚高度10mm;焊缝不允许出现咬边、未焊透、裂纹等缺陷。
模板系统及台车构件均采用Q235普通型刚。
图2.1隧道二衬模板布置图
图2.2隧道二衬台车布置图
图2.2隧道二衬台车纵向布置图
3荷载计算
3.1主要技术参数
①、钢弹性模量Es=2.06×105MPa;
②、混凝土自重γ=26kN/m3;
③、Q235钢材的材料强度:
许用正应力[σ]=215MPa,许用弯曲应力[σw]=215MPa,许用剪应力[τ]=125MPa;
3.2衬砌台车荷载计算:
台车长9m,二次衬砌厚度为0.25m。
①二衬混凝土自重荷载:
P1=γh=26*0.25=6.5KN/m2
②新浇混凝土对模板测面的压力:
浇筑时混凝土温度取T=10℃,泵送混凝土按照20m3/h计算,由隧道衬砌断面衬砌厚度、衬砌台车图纸可以计算出衬砌混凝土的浇筑速度。
V=20/〔9*5.174*0.25〕=1.72m/h。
新浇混凝土对模板单元的侧压力可按下式进展计算:
Pmax=0.22*γ*t*β*V0.5
其中:
β——混凝土塌落度影响系数,当塌落度≥11cm时,取β=1.15;
t——混凝土初凝时间,一般t=200/〔T+15〕,实际混凝土初凝在5h左右;
故P2=0.22*26*5*1.15*1.720.5=43.14KN/m2;
③振捣混凝土荷载:
P3=2KN/m2;
④施工人员及机具荷载:
P2=2KN/m2;
临时构造荷载组合系数按照:
1.0×恒载+1.2*活载。
4.二衬模板、衬砌台车强度刚度验算
4.1二衬模板
①6mm钢板计算
二衬模板采用6mm的钢板,纵肋间距30cm,主肋间距1m。
钢板界面特性系数计算如下:
其中b=1m,h=6×10-3m,l=0.3m。
W=1/6*b*h2=1/6×1×〔6×10-3〕2m3=6×10-6m3
I=1/12*b*h3=1.8×10-8m4
那么拱顶面板:
q=1.0*(26*0.25*1+78.5*0.006*1)+1.2*4*1=11.77KN/m;按简支梁计算,其弯矩为
;
那么正应力:
挠度:
侧墙面板:
q=1.0×43.14×1+1.2×4×1=47.94KN/m;按简支梁计算,其弯矩为
那么
挠度:
故6mm混凝土面板满足要求。
②纵肋∠45*45*6角钢
纵肋∠45*45*6角钢间距为30cm,其支撑拱圈主肋间距1m〔两主肋间加了环向∠45*45*6次肋角钢〕。
∠45*45*6角钢的截面系数:
W=7×10-6m3I=1.8×10-8m4
qmax=1.0×43.14×0.3+1.2×4×0.3=14.38KN/m;
按简支梁计算,其弯矩为:
那么
挠度:
③顶模拱圈主肋I12工字钢
顶模拱圈主肋I12工字钢的截面系数:
W=77×10-6m3I=488×10-8m4
其荷载计算考虑二衬混凝土重、模板、纵向角钢、I12工字钢自重以及浇筑混凝土侧压力〔由于顶板处于隧道腰线以上,而侧压力与浇筑高度有关,因此顶板计算时可按0.5倍最大侧压力计〕。
顶板下三立柱支撑间距分别为0.48m、0.55m、0.55m、0.48m。
那么荷载为:
按简支梁计算,其弯矩为:
;
其支点反力为:
;
那么最大正应力:
最大挠度:
④侧模拱圈主肋I16工字钢
侧模拱圈主肋I16工字钢的截面系数:
W=141×10-6m3I=1130×10-8m4
侧模拱圈主肋所受的荷载主要为混凝土的侧压力,按最大侧压力考虑,并考虑1.2的胀模系数。
那么荷载为
q=1.0*1.2*43.14*1.0+1.2*4*1.0=56.57KN/m
侧模拱圈主肋由两螺旋丝杆支撑于台车门架上,两螺旋丝杆间距1m;运用SMSolve软件建立悬挑梁模型如下:
图4.1侧模拱圈主肋计算模型
经软件求解,得到支点反力为F1=50.18KN,F2=36.04KN;最大弯矩为Mmax=4.94KN*m。
图4.2侧模拱圈主肋弯矩及支点反力图
那么最大正应力:
最大挠度:
4.2台车构造计算
主要对顶模支撑、台车门架进展构造受力计算。
①顶模支撑立柱
顶模支撑立柱承受顶模局部二衬混凝土重量、模板、拱架、浇筑时的侧压力等。
以纵向1m长度为计算单位,荷载总重为:
F=26×0.25×3.65+78.5×0.006×3.65+3.98×10-2×13+14.2×10-2×3.65+43.14×0.5×3.65×1=105KN;
顶模由3根立柱支撑,每根立柱平均受力为35KN;顶模支撑立柱长度分别为0.414m、0.576m、0.414。
H200×200×8×12型钢的截面系数:
W=461×10-6m3I=4610.5×10-8m4
A=62.08cm2ix=8.61cm
那么长、短立柱的长细比为
查表得ψ=0.998,那么
那么顶模支撑立柱的强度及稳定性满足要求。
②台车门架计算
台车门架主横梁采用I20a工字钢,长度2.36m,两端悬挑0.24m。
主要受力为顶模支撑三根立柱传递的竖向轴力以及立柱的自重。
故荷载为:
F=35KN+27.9×0.576×0.01KN+4×1×3.98×0.01KN=35.32KN;
在SMSolve软件中建立计算模型如下:
图4.3台车门架主横梁计算模型
经软件求解,得到支点反力为F1=55.23KN,F2=50.73KN;最大弯矩为Mmax=28.96KN*m。
I20a工字钢的截面系数:
W=237×10-6m3I=2370×10-8m4
那么最大正应力:
最大挠度:
台车门架立柱采用H200×200×8×12型钢,其受力包括由门架主横梁传递的竖向力荷载Fmax=55.23KN;以及由上部侧模支撑丝杆传递的水平力F1=50.18KN〔上丝杆轴力〕。
1)立柱竖向强度、稳定性
立柱的长细比为
查表得ψ=0.988,那么
那么顶模支撑立柱的强度及稳定性满足要求。
2)立杆水平向计算
建立简支梁计算模型如下:
图4.5台车门架立柱计算模型
经软件求解,得到支点反力为F1=34.89KN,F2=15.28KN;最大弯矩为Mmax=13.96KN*m。
图4.6台车门架立柱弯矩、支点反力图
那么
故立柱的强度、刚度均满足要求。
③台车底纵梁I20a计算
台车底部纵梁承受底部丝杆传递的水平向侧压力F2=36.04KN,以门架底部滑轮处为支点。
在SMSolve软件中建立计算模型如下:
图4.5台车门架底纵梁计算模型
经软件求解,得到支点反力为F1=90.4KN;最大弯矩为Mmax=-19.07KN*m。
图4.6台车门架底纵梁弯矩、支点反力图
那么
故门架底纵梁的强度、刚度均满足要求。
5.结论及建议
通过对xxxxx二衬台车模板系统及台车系统的强度、刚度验算,得出结论如下:
1、xxxxx二衬台车的模板系统〔顶模、侧模构造的模板、纵肋角钢、环向主肋〕、台车构造〔顶模支撑立柱、台车门架主横梁、门架立柱、台车底纵梁〕的强度、刚度均满足要求!
2.经计算,二衬台车底纵梁支点处〔车轮〕承受了较大的荷载90.4KN。
为保证构造平安,建议在浇筑二衬混凝土时,在门架的底纵梁处纵向每隔1m加设1道I20a工字钢水平支撑,待混凝土初凝后可撤除该水平支撑。
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