xxx隧道衬砌台车结构计算书

衬砌台车计算书

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2017年月

10XXXXX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》(GB 50017-2003) 4、 《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)

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 o隧道二衬模板由一顶模、两侧模组

成，模板均由6mn钢冈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110工字钢，加工 成R=1447mmL=3650mr1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114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勺圆弧拱形，腰线以下加 工成R=3327m，L=997mm勺 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H200X 200X 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H200X 200 X 8.0型 钢、横梁、纵梁均采用120a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120a纵梁上，上部螺旋丝杆水平支撑于台 车的

120a立柱上o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2.2 隧道二衬台车布置图

翊S如

顶升系竦

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二2.06 X 10MPa ② 、混凝土自重丫 =26kN/m ；

③ 、Q235钢材的材料强度：许用正应力[(T ]=215MPa许用弯曲应力[c w]=215MPa许用剪应 力

5

[T]=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：

B=Y h=26*0.25=6.5KN/m2

② 新浇混凝土对模板测面的压力：

浇筑时混凝土温度取T=10C，泵送混凝土按照20nVh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：

Pma=0.22* Y *t* B *V

其中：

0 5

B一一混凝土塌落度影响系数，当塌落度》11cm时，取B=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； Q 故 F2=0.22*26*5*1.15*1.72 - =43.14KN/m ；

nc

2

③ 振捣混凝土荷载:

P3=2KN/m；

④ 施工人员及机具荷载：

P 2=2心/吊；

临时结构荷载幺日合条敕松昭：「0 x汪载

4•二衬模板、衬砌台车强度刚度验算

4.1二衬模板

① 6mm钢板计算

二衬模板采用6mm勺钢板，纵肋间距30cm主肋间距1 m。钢板界面特性系数计算如

3

下:其中 b=1m h=6X 10 m, l=0.3m。

W=1/6*b*h2=1/6 X 1X(6X 10 3) 2mi=6X 10 6m

3

8 4

I 4 儿 C*A C一

则拱顶面板：

q=1.0*(26*0.25*1 +78.5*0.006*1 )+1.2*4*1 =11.77KN/m

Mmax

；按简支梁计算，其弯矩为

Iql2 8

】*11.77*0.3

0.132kN ?m

M0.132 KN rn 22MPa 205MPa

2

则正应力:

5ql4 W6 10m

6 — 3

5 11.77 1030.34 384 2.06 105 1.8*108

5

挠度: 侧墙面板:

384EI

s 0.33mm I /250 1.2mm

q=1.0 X 43.14 X 1+1.2 X4X 1 =47.94KN/m；按简支梁计算，其弯矩为

A

Mmax

ql2 1 X47.94 X0.32 88

M

0.539kN ?m

°.539KN*m 89.8MPa W 6 106m3

5q|4

205MPa

5

8

5 47.94 心。^ 挠度: 384EI 384 2.06 1 0 1.8 XIO 故6mnm混凝土面板满足要求。 ② 纵肋/ 45*45*6角钢

1.14mm I/250 1.2mm

纵肋/ 45*45*6角钢间距为30cm其支撑拱圈主肋间距1 m (两主肋间加了环向/

2

45*45*6次肋角钢）o / 45*45*6角钢的截面系数:

W=7< 10-6m3

1=1.8 x10m

qg.O X43.14 x 0.3+1.2 x4X 0.3=14.38KN/m；

按简支梁计算，其弯矩为：

Mmax・qf - 14.38 0.52 0.45kN?m

88

0.45 KN * m 厂 “…厂

6 3、 64.2MPa 205MPa

7 10 m

4 5 14.38 1030.54

挠度：

5ql 384EI 384 2.06 10 9.33*105

1.2mm I /250 2mm

③顶模拱圈主肋112工字钢

顶模拱圈主肋H2I字钢的截面系数:

W=7X 10-6m l=488X 108m

其荷载计算考虑二衬混凝土重、模板、纵向角钢、112工字钢自重以及浇筑混凝土侧压力（由 板处于隧道腰线以上，而侧压力与浇筑高度有矢，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：

按简支梁计算，其弯矩为q = 1.0X26 X0.25 X1 + 78.5 0.006 X1 + 3.98 X0.01/0.3 + 16.9 0.01 +43.14*1*0.5 +1.2 X4 X = 33.64KN/m

1 2 1 2 %評 8

33.64 0.55

1 27kN?m ;

其支点反力为：

1 F

1 .

評

-33.64 0.55 9.251 kN ；

9

则最大正应力：

M 1.27KN*mc W77 10 6m3

w 63 16.5MPa 205MPa

5ql4 5 33.64 10'30.554

最大挠度：

AA4FI 2 OA 10 4AR 105

8 0.03mm I /250 3.44mm

④侧模拱圈主肋H6I字钢

侧模拱圈主肋H6工字钢的截面系数:

W=14X 106m 1=1130X 108m

侧模拱 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

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

于顶

。

2

挑梁模型如下：

Llij I \\ FM 1 v 11 T ； IfjfITII； l|r I

If li vlwl irwjf irmll

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FI=50.18KN5F2=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

M 4.94KN * m

则最大正应力： w 63 35MPa 205MPa

W141 106m3

4

・3 4

最大挠度：

AR4FI

5

L I — L ZX L —V -J zx

8

丄

8

0.3mm I /250 4mm

2 DA 10 11^0 10

5

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o以纵 向1m长度为计算单位，荷载总重为：

F=26X 0.25 X 3.65+78.5 X 0.006 X 3.65+3.98 X 10 X 13+14.2 X 10 X 3.65+43.14 X 0.5 X 3.65 X 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、

22

0.576m、0.414。 H200X 200X 8X 12 型钢的截面系数：

W=46X 106m A=62.08cm

2

1 =4610.5 X 10饷

x=8.61cm

则长、短立柱的长细比为

1

丄匹 3 6.69 ix 1

Llij I \\ FM 1 v 11 T ； IfjfITII； l|r I

If li vlwl irwjf irmll

8.61 1

8.61

Llij I \\ FM 1 v 11 T ； IfjfITII； l|r I

If li vlwl irwjf irmll

查表得书=0.998，则

匚旦企5.64MP3

A 62.08 10

205MPa

2

A 0.998 62.08 10

2

5.65MPa 205MPa

则顶模支撑立柱的强度及稳定f生满足要求。 ②台车门架计算

台车门架主横梁采用120a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+27.9X 0.576 X 0.01 KN+4X 1 X 3.98 X 0.01 KN=35.32KN;在 SMSolve 软件中 建立计

算模型如下：

3531

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 FI=55.23KN,F2=50.73KN;最大弯拒为Mmax=28.96KN*m

120a 工字钢的截血系数： W=237< 10'6m

1=2370 x 10'8m

则最大正应力：

M 28.96KN * m 1 w W 237 10 m

1 Q匚|3

63 122.2MPa 205MPa

-IQ QR Q9 -1H 3 1

最大挠度：

mad 匚 I aad on A m

5

p^7n 1 n

8 2.38mm 1/250 7.5mm

台车门架立柱采用H200X 200X8X12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FF50.18KN （上丝杆轴力）

1）立柱竖向强度、稳定性

立柱的长细比为

.h . 313 W

查表得书=0.988，则

2 15 25

ix 8.61

F 55.23

F 55.23 10

A 0.988 62.08 10

9.0MPa 205MPa

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：

<0.18

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Fi=34.89KN,F2=15.28KN;ft大弯矩为MmaxT3・96KN*m

图4.6

M 13.96KN *m Wy160 10 6 m3 Fb (a2 2ab)3 9Elyl

3

台车门架立柱弯矩、支点反力图

87.25MPa 205MPa

4.8mm I /250 5.25mm

故立柱的强度、刚度均满足要求。 ③ 台车底纵梁120a计算

台车底部纵梁承受底部丝杆传递的水平向侧压力

K36.04KN,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R-90.4KN;最大弯矩为MmaXh19.07KN*m

图4・6 台车门架底纵梁弯矩、支点反力图

2377[\\/\\/ 80 46MPa 205MPa

22

4a~)

0.21mm I /250 9mm 24EII

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 o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120a工字钢水平支撑，待 混凝土初凝后可拆除该水平支撑。