隧道台车受力检算.doc

新建贵广铁路GGTJ-6标隧道台车设计检算 编制人： 复核人： 审批人： 中铁十二局集团贵广铁路第四项目部二九年十月青美山隧道9米台车设计检算一、 工程概况及其对钢模台车设计要求（1）工程概况青美山隧道D3K405+671D3K406+404全长733米，该隧道为低山丘陵地貌，绝对高程180277米，相对高差达97米，自然坡度1045，地形起伏较大，冲沟较发育，地表上覆第四季全新统坡残疾粉质粘土，下伏基岩为石炭系下统鹿寨组页岩夹碳质页岩、砂岩，泥质灰岩，风化层厚，隧道浅埋，节理裂隙较发育，进口左侧地形偏压，出口仰坡顺层，地下水对混凝土无侵蚀性。（2）台车设计要求1、钢模台车的制作和安装需执行SDJ207-82水工混凝土施工规范和GB50204-92混凝土结构工程施工及验收规范中相关要求。钢模台车设计成边墙顶拱整体浇筑的自行式台车形式，并满足施工设备通行要求，最下部横梁距离底板砼面净高不低于4.1m。2、钢模台车的支撑系统尽量设计成一种高度可叠加的模块化结构，使之能适应宽度1015m，高度812m洞室的衬砌要求。对钢模台车的结构设计必须要有准确的计算，确保在重复使用过程中结构稳定，刚度满足要求。对模板变形同样有准确的计算，最大变形值不得超过2cm，且控制在弹性变形范围内。钢模台车设计长度标准段长度9.0m。3、隧道一般位置衬砌厚度0.252.0m，钢模台车设计时，承载混凝土厚度按2.0m考虑。钢模台车面板伸缩系统采用液压传力杆，台车就位后采用丝杆承载，不采用行走轮承载。4、为避免顶拱浇筑产生空洞，顶模需设置34支封拱器。5、侧模和顶模两侧设置窗口，以便进人和泵管下料。6、顶模配备一定数量的附着式振捣器。7、钢模台车两端及其它操作位置需设置操作平台和行人通道，平台和通道均应满足安全要求。二、 设计资料1、 钢模台车设计控制尺寸 钢模台车外形控制尺寸，依据隧道设计断面和其他的相关施工要求和技术要求确定。见总图正视图：。2、 设计衬砌厚度 隧道一般位置衬砌厚度0.42.0m，堵头段最大衬砌厚度4.0m，钢模台车设计时，承载混凝土厚度按2.0m考虑。3、 台车下通行的施工机械的控制尺寸 最大高度不低于4.1m；4、 台车轨距 8m。5、 纵向坡度3%。6、 浇筑段长度 浇筑段长9m。三、 钢模台车设计方案钢模台车的设计如图所视正视图。该台车特点：采用全液压立收模；电机驱动行走；横向调节位移也采用液压油缸。结构合理，效果良好。四、 钢模板设计控制数据项目所对中心角外沿弧长(mm)模板面积()每节钢模宽度(m)顶拱模板606765（*2）60.885（*2）1.5(每一段浇筑采用6节钢模板)边拱模板47.8985400（*2）48.6（*2）1、模板：控制数据(见下表)2、台车结构 台车立柱横向中心距为8m，纵向中心距为1.9m，净空高4.2m、宽7.5m。3、台车机械设备控制数据(见下表) 项目单位设计控制数据升降油缸行程油缸外深最大长度轴向承压力tf25078050边模油缸行程油缸外深最大长度轴向承压力轴向承拉力tftf300880320行走机构轨距轮压驱动力tftf80002050五、 钢模板设计钢模板的作用是保持隧洞衬砌混凝土浇筑的体形及承担混凝土浇筑载荷。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。1、 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。2、 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面板计算载荷，kgf/m2q0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=h钢筋混凝土容重，可采用2500kgf/ m3h设计衬砌厚度，已知为2m；q2允许超挖部分的混凝土载荷，其值为500kgf/ m2q3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2m。q4含义同，仅加载部位有异；q5混凝土侧压力。q 5= R， + C R，内部插入震捣器影响半径，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。；荷 载荷 载 组 合q0 =262设计衬砌混凝土 q1 =5000允许超挖部分回填 q2 =2342局部过大超挖回填 q3 =2157同q3 ,加载部位有异 q4 =2157混凝土侧压力 q5 =4800面 板q1+ q2+ q3=9499弧形板设计情况Iq0+ q1 + q2 =7604设计情况IIq5=2157校核情况Iq0+ q1 + q2 + q4=9761校核情况IIq0+ q1+ q2+ q3=124043、 台车面板设计面板支撑情况：四边支撑板：a=78.2，b=90；三边支撑板：a=25.3，b=82；面板厚度确定见下表：支撑情况a/b按强度验算求按挠度验算求系 数Mmax(kgfm)(cm)系数(cm)a1a2四边支撑0.870.02360.01669.7940.510.001620.73三边支撑0.310.00780.00522.9720.300.000750.61根据计算结果，钢模板面板适宜采用8mm厚的钢板，采用10mm钢板作面板效果更好。4 弧板及内部支撑设计：弧板采用A312钢板，宽度300mm，加强筋采用钢板及90*56*6的角钢，中心间距250mm。4.1 内力计算：参照双铰等截面圆拱钢架梁内力公式计算。计算结果见下表（该表内力均以1m计）4.2 弧板及内部支撑截面选择（参照相关公式）。（见下表）M=q，l2/8 =M/WX fmax = 5q，l4/384EIXl/250q，作用在支撑角钢上的线载荷， q =qal支撑角钢的计算跨度；a支撑角钢间距，为250mm；WX、IX分别为对x轴的截面抵抗矩及截面惯性矩，计算截面包括支撑角钢每侧宽15的面板面积；4.3 弧板及内部支撑(=90)截面处变形计算（参照相关公式）。（见下表）选择的截面计算截面内力(kgf.cm kgf)截面应力(kgf.cm2)与比较基本截面Ix=7834cm4Wx1=846Wx2=511Cm3设计情况I=20M=74760N=23521096(外)1718(内)=1700设计情况IIM=960014N=2836.81404(外)2210(内)最大正负弯矩截面Ix=11099cm4Wx1=924Wx2=810cm3设计情况I=0M=1019836N=8921321(外)1499(内)校核情况IM=1214341N=7381574(外)1799(内)设计情况II=90M=-1140228N=129411299(外)1854(内)校核情况IIM=-1467954N=169281670(外)2390(内)受力情况KPKP/L KP/L比较设计情况 I2.11/7151/4001/400设计情况II-1.51/10001/400校核情况II2.51/6001/400(未考虑侧向混凝土抗力)5 活动铰耳设计：顶部模板活动铰耳在截面76.8。从内力计算表中可知活动铰耳一般都在正弯矩区，仅设计区II处于负弯矩区，而绝对值较正弯矩区小，所以活动铰耳设计采用该截面之最大内力进行。活动铰耳承担该截面的剪力及由弯矩所产生的剪力，弧板与弧板之间用螺栓连接，螺栓主要承受剪力根据相关公式计算所得：M=105162kgf.cm N=7680kgf Q=7405kgf项 目计算所需要的直径(mm)选用截面直径(mm)螺 栓d12.416模板销子d25 35通过上述的分析计算可知，整个模板的强度刚度是足够的。六、台车结构设计1 台车主架体设计 台车主架体结构按照等截面双铰多层刚架进行内力计算。根据运输条件、吊装力量和方便加工制造等因素，将主架体分为：底梁、立柱、门架横梁、门架斜支撑、门架纵梁、横梁直支撑、横梁直支撑斜拉杆、立柱斜拉杆等。按近似的框架结构简支梁进行计算。（参照台车正视图）车架选用截面(kgf/cm2)max(kgf/cm2)f(cm)焊制工字钢50#横梁I9905300.7焊制工字钢53#立柱I1112焊制工字钢50#横梁II-1957焊制工字钢53#立柱II1994焊制工字钢50#横梁III2799焊制工字钢53#立柱III13972 台车托架设计 台车托架分为顶拱托架和边拱托架。边拱托架结构简单、受力杆件按照简支梁记性计算；顶拱托架主要有顶纵梁、台梁、小立柱、小立柱拉杆等组成结构紧凑、受力效果好，按照框架结构简支梁进行计算。七、机械传动结构设计1 垂直升降机械 垂直升降机械起固定支撑作用的采用螺杆式千斤顶，螺杆和丝母均采用梯形螺纹。起重螺杆的设计主要是对螺杆直径的确定，其次是对螺杆的自锁性及稳定性进行验算。根据在工地使用的特点，要求其中螺杆具有较大的刚度。螺杆直径按压缩扭转和弯曲的复合应力来确定：=(Q/F+M/W)2+4(MT/WJ)21/2M=QliMT=Qdc/2*tg(+)W=0.1d13 WJ=0.2 d13d1(1.31.4) Q/1/2F=d12/4 tg=s/dC f=tg螺杆螺母间的摩擦角大于罗纹的升角时,可以保证自锁。根据台车自重及其他外力合计确定本台车所选用的丝杆直径为75mm，丝母直径为110，螺纹型号为Tr10*300。2 水平支撑机械 水平支撑机械采用双头螺杆，它主要完成侧向模板的就位与固定支撑，也可以作为钢模板的横向细微调节使用。水平支撑螺杆在立模衬砌时压力较大。水平支撑机构螺杆的螺纹内径d按照下列公式进行计算：d1= 1.3*4 Q/1/2根据台车侧向收模力估算及其他外力合计确定本台车所选用的丝杆直径为65mm，丝母直径为90，螺纹型号为Tr9*300。3 行走装置设计 采用电机带动摆线针轮减速机和开式齿轮的传动，带动主动轮，电动机与减速机直联式。 驱动计算中，因为钢模板台车在隧洞中运行，可以不计风阻力；考虑到轨道铺设不平，洞内运行条件差，其驱动功率应适当加大；隧道的纵向坡度影响较大，必须详细计算驱动功率。F驱动=Gcos G台车总重，约120吨摩擦系数纵向坡度计算所得的角度 ，坡度按照最大3%计。选用2台7.5Kw电动机、减速机同时驱动，并采用制动器制动，速度控制在8m/min。八、液压传动机械设计1 液压千斤顶基本尺寸确定 依据钢模台车方案设计确定的参数（荷载、行程）进行计算；然后根据台车结构布置要求与操作，油缸基本参数与尺寸的规定，结合国内油缸标准内、外径系列尺寸选取油缸直径。11 活塞杆直径d d= 4Q/1/2式中Q为活塞杆上的推力。活塞杆长度根据行程及布置要求决定，其受压时的稳定验算与螺杆相同。12 油缸内直径D1不考虑背压影响时：D1= 4Q/P1/