向莆铁路FJ3标项目部模板受力分析.doc

台车模板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它部位的模板更复杂、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。在衬砌时的混凝土自重及边墙压力靠模板承受。模板的整体强度既有拱板承受又有托架及千斤支承，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（220mm宽，12mm厚）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2米长度、1.5米宽的这部分模板进行受力分析及强度校核，其受力简图如图。 图1、分析部分受力简图 图2、梁单元结构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，该值的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坏。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如图1，分析部分的长为2米，宽为1.5米，混凝土厚为1m，其密度为2.45t/m，则混凝土自重W=21.512.45=7.35(t)。折算成单位面载荷P1=7.35/（21.5）=2.45t/m2。2、分析部分的挤压面载荷P2该值取为4.7t/m2，参考自日本歧阜工业公司提供的参数1。那么，这部分模板就受到P1与P2的作用，两部分的合力P=P1+P2=2.45+4.7=7.15t/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之相邻筋板间距的30%（参考2中97页），即2500.3=75 mm，偏于安全。 根据上述模板所受的面载荷为7.15t/m2，那么在250mm宽，1500 mm长的面积上所受到的载荷为7.150.252=3.58(t)，将此载荷作用在2米长的梁上，则其线载荷q为3.58/2=1.8(t/m)。图、梁单元的横截面如要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,这是因为两边有250mm高的拱板及立柱支承。梁的横截面如图3。为计算梁的弯曲应力，必先计算该梁横截面的形心，该截面是由756的角钢及15012的组合截面，根据图示坐标系，计算组合截面形心O0的X、Y坐标。根据3中附1-4组合截面形心公式计算形心的X、Y坐标。x=Aixi/Ai, y=Aiyi/Ai查表可知角钢756的横截面积A=728.8 mm2，惯性矩Ix=271200 mm4。将各值代入，则x(1501263+728.895.7)/(1200+728.8)= 94.95 mm y(1501263+728.820.7)/(1200+728.8)= 66.61 mm根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩： Ix =150123/12+1215024.662+271200+728.833.642 2212154.308 mm4。抗弯截面模数W1= Ix/（75-66.61） = 263666 mm3。抗弯截面模数W2= Ix/66.61 = 33211 mm3。简支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中，其值为：max= ql2/16 = 1.810422/16= 4.5103（N.m）。梁的最大弯曲应力 maxW2 4.5103/3321110-9 = 135.5Mpa。对A3钢，6s160Mpa，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。根据公式41-114中对应的受均布载荷简支梁的位移公式:fmax= 5ql4/384EI式中，E-弹性模量，E=2.1105 Mpa;I-截面的惯性矩,I=2.2 10-6 m4;q-梁受到的均布载荷, q=1.8104 N;l梁的长度，l2m;将各值代入上式:fmax= 51.8 10424/(3842.110112.2 10-6) = 0.0071 m = 7.1 mm。即模板的最大变形为7.1mm。通过上述的分析计算可知，整个模板的强度及刚度是足够的。参考文献：1、隧道施工机械简明手册第一册，铁道部隧道工程局，1984；2、弹性和塑性力学中的有限单元法，机械工业