隧洞衬砌钢模台车结构校核

隧洞衬砌钢模台车结构校核摘要钢模台车在隧洞衬砌工程施工中已得到广泛应用，特别是中大型断面隧洞衬砌，普遍采用钢模台车。其特点方便快捷，减少人员投入、缩短了施工时间，很大的提高了工作效率。钢模台车的强度在施工中安全要求却没有统一的标准，其设计，刚度计算方法均不相同。因此，为了方便快捷的对钢模台车的强度设计计算，依据黑河亭口水库工程泄洪排沙洞为例，对其强度计算进行探索。关键词：隧洞衬砌钢模台车荷载计算黑河亭口水库工程地处陕西省咸阳市长武县境内，坝址位于黑河干流下游吗，枢纽建筑物主要由大坝、泄洪排沙洞、溢洪道、输水洞、坝后电站等五部分组成，属综合利用的Ⅱ等大（二）型工程。泄洪排沙洞位于大坝右岸，靠近大坝坝肩位置，主要功能为水库运行期泄洪、排沙，施工期兼顾导流度汛。洞轴线在平面上与坝轴线成90°夹角。泄洪洞洞身断面为园拱直墙型，尺寸7.5×10.5m（宽×高），纵坡坡比1/100，洞身衬砌厚度0.6m～1.0m，洞身分段长度10m，总长度260m。洞身砼分两部分构成，底板及侧墙1.3m以下为C40高强耐磨砼，侧墙1.3m以上为C25砼，上部C25侧墙拱顶砼采用液压钢模台车一次浇筑成型。根据隧洞断面形式、施工方法及强度，确定钢模台车主要分模板部分、门架部分，行走及液压部分三大部分组成，并进行荷载计算。1、编制依据参考文献:机械设计手册第一卷机械工业出版社出版编制计算模板台车的强度刚度校核。计算条件:2按每小时浇灌2m高度的速度,每平方米承受5T载荷的条件计算。2、面板校核(每块模板宽1500mm,纵向加强角钢间隔250mm)2.1、计算单元图:见图1。其中:q---砼对面板的均布载荷q=0.5kgf/cm²图12.2、强度校核模型根据实际结构,面板计算模型为四边固定模型见图2。图2公式:σmax=a(b/t)²q其中a---比例系数当a/b=150/25=6a取0.5t---面板厚t=1cmb---角钢间隔宽度b=25cmσmax---中心点最大应力得σmax=0.5×(25/1)²×0.5=156kgf/cm²＜[σ]=1300kgf/cm²合格2.3、钢度校核见强度校核模型图2。公式:ωmax=β(b/t)ˆ4×q/E×t式中:β---比例系数由a/b=150/25=6β取0.0284E---弹性模量A3钢板E=1.96*10ˆ6kgf/cm²ωmax---中心法向最大位移得:ωmax=0.0284*(25/0.8)ˆ4*0.5/(1.96*10ˆ6)*0.8=0.0055cm中点法向位移ωmax=0.0055cm0.035cm合格3、面板角钢校核3.1计算单元见图3。图33.2强度校核3.2.1计算模型根据实际结构,角钢计算模型为两端固定，见图4。图4图53.2.2强度校核公式:Mmax=ql²/12[X=L,最大弯矩在两端处]得:Mmax=(12.5*150²)/12=23437kgfcm公式:Mmax=ql²/24[X=L/2,角钢中心弯矩]得:M=(12.5*150²)/24=11718kgfcm由σ=M/W如图5。W=(BH³-bh³)*6H=(8.5³*7.5-7.5³*6.9)/6*8.5=33.24cm³所以两端σmax=23437/33.24=705kgf/cm²1300kgf/cm²中心σ=11718/33.24=353kgf/cm²1300kgf/cm²合格3.2.3钢度校核见强度校核模型，见图5。公式:ymax=qlˆ4/384EI[梁(中点挠度)]I=(BH³-bh³)/12=141.25cmˆ4得:ymax=12.5*150ˆ4/384*1.96*10ˆ6*141.25=0.0595cm中点位移:ymax=0.595mm合格.4、模板总成强度钢度校核:4.1强度校核4.1.1计算单元，见图6。q=75kgf/cm²图6图7图84.1.2计算模型:按简支梁计算，结果偏于安全，见图7、图8。4.1.3公式:M=ql²/8σ=M/W(第8章:梁)M=75*150²/8=210937kgfcmWzl=Iz/eylWz2=Iz/ey2Iz=(BH³-bh³)/12=(150*25³-147*24.2³)/12=21699cmˆ4ey1=(ah²+bd²)/2(aH+bd)=(2.4*25²+147*0.8²)/2(2.4*25+147*0.8)=4.48ey2=H-ey1=25-4.48=20.52得:Wz1=21699/4.48=4843cm³Wz2=21699/20.52=1057cm³故:面板端应力:σ1=210937/4843=43.5kgf/cm²1300kgf/cm²腹板端力:σ2=210937/1057=199.5kgf/cm²1300kgf/cm²由于实际应力小于许用应力，模板设计每隔一米加装了隔层板，故不用再校核刚度。5.门架强度校核:5.1计算单元:见图9。图9图10q=0.5kg/m³F=0.5*0.5*1050(模板长)*420(有效受力高度)/6(门架)=18375kgf5.2计算模型:图10门架中，A截面(正中间)最为薄弱.故只校核A截面抗弯能力。5.3公式:图11。σ=M/WW=(BH³-bh³)/6H=(30*60³-14*57.2³)/(6*60)=23100cm³M=420F=420*18375=7717500kgfcm故:σ=M/W=7717500/23100=334kgf/cm²1300kgf/cm²合格门架采用渐变面八字角立柱设计，在横梁原计算基础上，加装副横梁及简支架结构，整个门架部为渐变面加强型框架结构设计，并加装丝杆撑杆，故完全满足承受力。图11