钢模台车受力分析

1、中国水电集团路桥工程有限公司 源广高速公路项目SIN)iYDRO隧道钢模台车受力验算书批准：审核：编制：中国水电集团路桥工程有限公司渝广高速公路总承包部土建第三分部清平隧道、三汇隧道二衬模板受力验算书一、概述清平隧道、三汇隧道台车模板分顶模和左右边模，顶模受到混凝 土自重、施工荷载及注浆口封口时的挤压力等荷载作用。受力条件显 然比其他部分的模板更复杂，结构要求更高，受力更大。由于边模与 顶模的结构构造一样，且边模不受砼自重，载荷较小，因此对其强度 分析时，只考虑顶模。二、设计计算主要依据1、机械设计手册新版，机械工业出版社，2005： 15-9；2、隧道施工机械简明手册第一册，铁道部隧道工程局

2、，1984；3、水利水电工程施工组织设计手册第五卷，中国水利水电出 版社，1997： 812；4、施工结构计算方法与设计手册，中国建筑工业出版社，1999： 233；5、起重运输机金属结构，中国铁道出版社，1983；6、钢结构设计规范（GB50017-2003）。三、主要技术参数台车门架结构受力分析按1.0m/h（考虑最大浇筑速度）浇筑速 度进行，顶模按衬砌厚度800mm校核（考虑超挖厚度200mm）。台车 材料主要为 Q235B，其。s=235MPa、。b=375460MPa、。=170MPa， 混凝土容重T n=2.45t/m3。台车总体性能参数如下:1、一个工作循环的理论衬砌长度：12米

3、；2、台车门架纵向棉数：6棉；3、台车横移量：左、右各100mm4、成拱半径：R =5500mm （轮廓半径放大50mm）；15、台车运行速度：8m/min；6、液压系统工作压力：16Mpa；7、允许混凝土浇注速度：W1.0m/h;8、混凝土初凝时间：5h。四、载荷分析与计算1、边模侧压力计算：台车在浇注边墙时，门架主要承受边模引起的侧压力，新浇混凝 土对钢模板的最大侧压力F,按以下公式（见施工结构计算方法与 设计手册）计算：F=0.22rt0 七 B 2V1/2式中F混凝土侧压力；r混凝土的比重，2.45t/m3；t。一新浇混凝土的初凝时间（h）,取5小时；七一外加剂影响系数，不加外加剂时取

4、1.0；掺具有缓凝 作用用的外加剂时取1.2；七一混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于3cm时取 0.85；当坍落度为5-9cm时取1.0；当坍落度为11T5cm时取1.15；V一混凝土的浇筑速度（m/h），取1.0m/h；将上述各值代入，F=0.22X2.45X5X1.2X1.15X1.01/2 =3.72边墙的侧压力实际取为4.7t/m2，该值参考日本歧阜工业公司液 压台车的计算值（见隧道施工机械简明手册第一册），该值较目 前国内边模板的侧压力计算大些，偏于安全。由于边模垂直度较大，可近似的视其为直边墙来进行水平载荷的 计算，已知台车衬砌长度为12米，边模板高度为5.535米，则边模 板

5、水平载荷为：W = 12 x 5.535 x 4.7 312.2&）2、顶模混凝土自重计算顶部模板承受的载荷有最大开挖0.8m（含超挖厚度0.20m）时， 混凝土的自重及注浆口封口时该处的挤压力，由于混凝土输送泵通过 几十米的水平管和竖直管道向台车输送混凝土，与注浆口接口处的局 部理论挤压力（36.5kg/cm2）较大，其他地方压力较小，因此，强度 计算时，只考虑自重载荷的压力对模板的影响，这在工程计算中是可 行的。在实际设计时，顶部模板局部加强，并考虑一定的安全系数， 由于上部挤压力没有确切的理论数据做参考，台车设计一般根据国外 类似结构及经验加以考虑。1、混凝土自重P1台车在浇注顶拱时，门

6、架主要承受顶部混凝土的自重。顶部最大 衬砌厚度0.8m （考虑超挖厚度），台车衬砌长度为12米。衬砌时， 顶部整个混凝土的自重由上部圆弧模板承受，则顶部模板受力简图如 图1所示。图1顶模板结构受力简图图中由BEFC四点构成的阴影部分面积即为混凝土截面积，其面 积由两部分组成，即由中间扇形圆环ABCD的面积S1和两边三角形BEO、FCO分别减去扇形AEO、FDO后的面积和S2组成，即：S= 83必，伞妇2一 552)机 6914939 2)1360总面积S = S + S2 = 7513803(mm2 L 7.52。2)则混凝土自重W = 12 x 7.52 x 2.45 n 2226300 次

7、8.03 5502 L 2 = 598865( 2)2360五、校核工况分析台车结构受力分析应考虑工作及非工作两种工况下的载荷，由于 门架是主要的承重物件，必须保证有足够的强度、刚度及稳定性。因 此，强度校核时应以工作时的最大载荷为设计计算依据；非工作时， 台车只有自重，结构受力较小，此种工况作为台车的行走校核及门架 纵梁的强度验算，本次分析暂不考虑。台车在衬砌工作的情况下，又 分以下两种阶段：1、阶段一：边模浇注完成时该阶段是指台车在浇注边模时，门架的受力情况。在此工况下， 由于混凝土还没有浇注到台车顶模处。因此，门架主要承受模板和托 架自重以及边模的侧压力，门架主要承受力为：模板和托架自重

8、竖向载荷：55t。经过计算，台车模板、托架重量约为55t。台车根据衬砌长度12 米，共设计了 6棉门架，中间的4棉门架承受的竖向压力比两端的门 架承受的压力大，两端的门架承受的力只相当于中间一棉门架的力。 因此，单棉门架承受的最大载荷为55/5=11t，每棉门架又通过两个 受力点作用于门架横梁上，因此单个受力点的力为11/2=5.5t。混凝土对边模的侧压力：312.2t。上述水平载荷由24个侧向支承千斤承担，而中间4组千斤承受 的力是两边承受的力的2倍，因此中间4组千斤承受的力最大，则中 间每组千斤承受的力为312.2/5=62.44t。假设每组载荷由4个千斤 平均承担，则每个千斤受力点的轴向

9、载荷为62.44/4=15.61t。2、阶段二：顶模浇注完成时该阶段是指台车在浇注顶模时，门架的受力情况。在此工况下， 由于边模混凝土已基本初凝，门架主要承受自重和顶部混凝土压力， 不承受边模的侧压力，主要受力为：（1）模板和托架自重竖向载荷：55t。（2）混凝土对顶模的压力：221t因此，阶段二时，两部分的竖向力合计应为55+221=276。中间的 4棉门架承受的竖向压力比两端的门架承受的压力大，两端的门架承 受的力只相当于中间一棉门架的力。因此，单棉门架承受的最大载荷 为276/5=55.2t，每棉门架又通过3个受力点作用于门架横梁上，因 此单个受力点的力为55.2/3=18.4t。六、有

10、限元分析1、实体建模根据设计要求，按实际结构尺寸用Autodesk Inventor Professional 2012对整体门架进行三维实体建模并指定材料，门架 全部采用Q235B碳钢。该材料的性能参数见表1所示。材料Q235B常规质量密度7.86 g/cm3屈服强度235 MPa极限拉伸强度450 MPa应力杨氏模量220 GPa泊松比0.275 ul切变模量0 GPa应力热膨胀膨胀系数0.000012 ul/c热传导率56 W/( m K )比热460 J/( kg c )表1Q235B性能参数2、分析计算分析软件采用Inventor2012自带的ANSYS模块。利用软件自身 划分网格。

11、阶段一时，门架纵梁下表面为固定约束处，共2处。阶段 二时，门架纵梁下表面为和侧模千斤受力点处作为固定约束处，共 10处。将力加载到门架的相应位置处。最后，利用ANSYS程序自动 求解。3、计算结果（1）阶段一计算结果整体门架有限元分析结果如图2、图3、图4、图5所示，分析结 果数据见表2所示。图2阶段一受力模型图潟254. 9最小俗：l. 1 wn类型：Mises等我应力 草位：a2012-11-9, 16:35:47137最大值109.6I o. 1最小值T 国扇71的晚类型：位移单位：mm2012-11-9, 16:35:551.雄最太值图4阶段一受力位移图类型：安全系数 单位：g2012

12、-11-9, 16:35:541 Fi晶主伯名称最小值最大值体积221595000 mm3质量1741.74 kgMises等效应力0.076197 MPa137.021 MPa位移0 mm1.90906 mm安全系数1.51071 ul15 ul表2阶段一分析结果（2）阶段二计算结果整体门架有限元分析结果如图6、图7、图8、图9所示，分析结果数据见表3所示。图6阶段二受力模型图图7阶段二受力等效应力图35. 2826. 4717- 65& 83、昼小桐:0.01 MPh0- 01最小值最大值：4土 I IPft类型：Mises等被应力 单位：MPa-2012-11-9, 1：41：3044. 1最大值I最小慎0. 19190最水值最大值:J.9597 类型：位移单位:mm2012-11-9, 16:41:38_ 0. 0597最大值0. 76780. 57580. 3839类型：安全系数单位：2012-11-9, 16:41:37图9阶段二受力安全系数图