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10月xxxxx项目衬砌台车计算书1.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》(GB50017-2003)4、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)2.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2.1隧道二衬模板布置图图2.2隧道二衬台车布置图图2.2隧道二衬台车纵向布置图3荷载计算3.1主要技术参数①、钢弹性模量Es＝2.06×105MPa；②、混凝土自重γ=26kN/m3；③、Q235钢材的材料强度：许用正应力[σ]=215MPa，许用弯曲应力[σw]=215MPa，许用剪应力[τ]=125MPa；3.2衬砌台车荷载计算：台车长9m，二次衬砌厚度为0.25m。①二衬混凝土自重荷载：P1=γh=26*0.25=6.5KN/m2②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*γ*t*β*V0.5其中：β——混凝土塌落度影响系数，当塌落度≥11cm时，取β=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；③振捣混凝土荷载：P3=2KN/m2；④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4.1二衬模板①6mm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=6×10-6m3I=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132.03.0*77.11*818122max；则正应力：MPaMPammKNWMw20522106*132.036挠度：mmlmmEIql2.1250/33.010*8.11006.23843.01077.11538458543-4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539.03.0×94.47×818122max则MPaMPammKNWMw2058.89106*539.036挠度：mmlmmEIql2.1250/14.110×8.11006.23843.01094.47538458543-4故6mm混凝土面板满足要求。②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=7×10-6m3I=1.8×10-8m4qmax=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45.05.038.14818122max则MPaMPammKNWMw2052.64107*45.036挠度：mmlmmEIql2250/2.110*33.91006.23845.01038.14538458543-4③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=77×10-6m3I=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27.155.064.33818122max；其支点反力为：kNqlF251.955.064.332121；则最大正应力：MPaMPammKNWMw2055.161077*27.136最大挠度：mmlmmEIql44.3250/03.0104881006.238455.01064.33538458543-4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=141×10-6m3I=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4.1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4.2侧模拱圈主肋弯矩及支点反力图则最大正应力：MPaMPammKNWMw2053510141*94.436最大挠度：mmlmmEIql4250/3.01011301006.238411057.56538458543-44.2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。①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=461×10-6m3I=4610.5×10-8m4A=62.08cm2ix=8.61cm则长、短立柱的长细比为69.661.810576.0211xil81.461.810414.0212xil查表得ψ=0.998，则MPaMPaAF20564.51008.62103523MPaMPaAFb20565.51008.62998.0103523则顶模支撑立柱的强度及稳定性满足要求。②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4.3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=237×10-6m3I=2370×10-8m4则最大正应力：MPaMPammKNWMw2052.12210237*96.2836最大挠度：mmlmmEIFl5.7250/38.21023701006.238488.11032.35193841985333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25.1561.810313.1211xil查表得ψ=0.988，则MPaMPaAF20590.81008.621023.5523MPaMPaAFb2050.91008.62988.01023.5523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4.5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4.6台车门架立柱弯矩、支点反力图则MPaMPammKNWMyw20525.8710160*96.1336mmlmmabalEIFby25.5250/8.43)2(932故立柱的强度、刚度均满足要求。③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4.5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4.6台车门架底纵梁弯矩、支点反力图则MPaMPammKNWMw20546.8010237*07.1936mmlmmEIlalFa9250/21.024)43(22故门架底纵梁的强度、刚度均满足要求。5.结论及建议通过对xxxxx二衬台车模板系统及台车系统的强度、刚度验算,得出结论如下：1、xxxxx二衬台车的模板系统（顶模、侧模结构的模板、纵肋角钢、环向主肋）、台车结构（顶模支撑立柱、台车门架主横梁、门架立柱、台车底纵梁）的强度、刚度均满足要求！2.经计算，二衬台车底纵梁支点处（车轮）承受了较大的荷载90.4KN。为保证结构安全，建议在浇筑二衬混凝土时，在门架的底纵梁处纵向每隔1m加设1道I20a工字钢水平支撑，待混凝土初凝后可拆除该水平支撑。