xxx隧道衬砌台车结构计算书

XXXXXXXXXX 引水隧道项目 衬砌台车计算书 编制 校核 审核 2017 年年 10 月月 xxxxx 项目衬砌台车计算书 1 计算依据计算依据 1 xxxxx 施工图设计 2 衬砌台车结构设计图 3 钢结构设计规范 GB 50017 2003 4 混凝土结构设计规范 GB 50010 2002 2 概况概况 xxxxx 隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图 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部分加工成加工成 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 台车门架结构 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行加固 本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体 进行顶模的安装 及拆除时 在轨道两侧支垫 20 20 60cm 的枕木 枕木上安放千斤顶进行台车和顶拱支撑 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 图图 2 12 1 隧道二衬模板布置图隧道二衬模板布置图 图图 2 22 2 隧道二衬台车布置图隧道二衬台车布置图 图图 2 22 2 隧道二衬台车纵向布置图隧道二衬台车纵向布置图 3 荷载计算荷载计算 3 1 主要技术参数主要技术参数 钢弹性模量 Es 2 06 105MPa 混凝土自重 26kN m3 Q235 钢材的材料强度 许用正应力 215MPa 许用弯曲应力 w 215MPa 许用剪应力 125MPa 3 2 衬砌台车荷载计算 衬砌台车荷载计算 台车长 9m 二次衬砌厚度为 0 25m 二衬混凝土自重荷载 P1 h 26 0 25 6 5KN m2 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行计算 Pmax 0 22 t V0 5 其中 混凝土塌落度影响系数 当塌落度 11cm 时 取 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 振捣混凝土荷载 P3 2KN m2 施工人员及机具荷载 P2 2KN m2 临时结构荷载组合系数按照 1 0 恒载 1 2 活载 4 二衬模板 衬砌台车强度刚度验算二衬模板 衬砌台车强度刚度验算 4 1 二衬模板二衬模板 6mm 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 则拱顶面板 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 mkNqlM 132 0 3 0 77 11 8 1 8 1 22 max 则正应力 MPaMPa m mKN W M w 20522 106 132 0 36 挠度 mmlmm EI ql 2 1250 33 0 10 8 11006 2384 3 01077 115 384 5 85 43 4 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 mkNqlM 539 0 3 0 94 47 8 1 8 1 22 max 则MPaMPa m mKN W M w 2058 89 106 539 0 36 挠度 mmlmm EI ql 2 1250 14 1 10 8 11006 2 384 3 01094 475 384 5 85 43 4 故 6mm 混凝土面板满足要求 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 6m3 I 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 mkNqlM 45 0 5 038 14 8 1 8 1 22 max 则 MPaMPa m mKN W M w 205 2 64 107 45 0 36 挠度 mmlmm EI ql 2250 2 1 10 33 9 1006 2 384 5 01038 145 384 5 85 43 4 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 6m3 I 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 则荷载为 33 64KN m 1 4 1 2 0 5 1 43 14 0 01 16 9 0 01 0 3 3 98 1 0 006 78 5 1 0 25 26 1 0 q 按简支梁计算 其弯矩为 mkNqlM 27 1 55 0 64 33 8 1 8 1 22 max 其支点反力为 kNqlF251 9 55 0 64 33 2 1 2 1 则最大正应力 MPaMPa m mKN W M w 205 5 16 1077 27 1 36 最大挠度 mmlmm EI ql 44 3 250 03 0 104881006 2 384 55 0 1064 335 384 5 85 43 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 6m3 I 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 则荷载为 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 图图 4 14 1 侧模拱圈主肋计算模型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 图图 4 24 2 侧模拱圈主肋弯矩及支点反力图侧模拱圈主肋弯矩及支点反力图 则最大正应力 MPaMPa m mKN W M w 20535 10141 94 4 36 最大挠度 mmlmm EI ql 4250 3 0 1011301006 2384 11057 565 384 5 85 43 4 4 2 台车结构计算台车结构计算 主要对顶模支撑 台车门架进行结构受力计算 顶模支撑立柱 顶模支撑立柱承受顶模部分二衬混凝土重量 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 6m3 I 4610 5 10 8m4 A 62 08cm2 ix 8 61cm 则长 短立柱的长细比为 69 6 61 8 10576 0 2 1 1 x i l 81 4 61 8 10414 0 2 1 2 x i l 查表得 0 998 则 MPaMPa A F 20564 5 1008 62 1035 2 3 MPaMPa A F b 20565 5 1008 62998 0 1035 2 3 则顶模支撑立柱的强度及稳定性满足要求 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 图图 4 34 3 台车门架主横梁计算模型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 6m3 I 2370 10 8m4 则最大正应力 MPaMPa m mKN W M w 205 2 122 10237 96 28 36 最大挠度 mmlmm EI Fl 5 7250 38 2 1023701006 2384 88 11032 3519 384 19 85 333 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 25 15 61 8 10313 1 2 1 1 x i l 查表得 0 988 则 MPaMPa A F 20590 8 1008 62 1023 55 2 3 MPaMPa A F b 2050 9 1008 62988 0 1023 55 2 3 则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 图图 4 54 5 台车门架立柱计算模型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 图图 4 64 6 台车门架立柱弯矩 支点反力图台车门架立柱弯矩 支点反力图 则 MPaMPa m mKN W M y w 20525 87 10160 96 13 36 mmlmm aba lEI Fb y 25 5 250 8 4 3 2 9 32 故立柱的强度 刚度均满足要求 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 图图 4 54 5 台车门架底纵梁计算模型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 图图 4 64 6 台车门架底纵梁弯矩 支点反力图台车门架底纵梁弯矩 支点反力图 则 MPaMPa m mKN W M w 20546 80 10237 07 19 36 mmlmm EIl alFa 9250 21 0 24 43