鋼模臺車受力分析

1、中國水電集團(tuán)路橋工程有限公司 源廣高速公路項(xiàng)目SIN)iYDRO隧道鋼模臺車受力驗(yàn)算書批準(zhǔn)：審核：編制：中國水電集團(tuán)路橋工程有限公司渝廣高速公路總承包部土建第三分部清平隧道、三匯隧道二襯模板受力驗(yàn)算書一、概述清平隧道、三匯隧道臺車模板分頂模和左右邊模，頂模受到混凝 土自重、施工荷載及注漿口封口時的擠壓力等荷載作用。受力條件顯 然比其他部分的模板更復(fù)雜，結(jié)構(gòu)要求更高，受力更大。由于邊模與 頂模的結(jié)構(gòu)構(gòu)造一樣，且邊模不受砼自重，載荷較小，因此對其強(qiáng)度 分析時，只考慮頂模。二、設(shè)計(jì)計(jì)算主要依據(jù)1、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊新版，機(jī)械工業(yè)出版社，2005： 15-9；2、隧道施工機(jī)械簡明手冊第一冊，鐵道部隧道工程局

2、，1984；3、水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊第五卷，中國水利水電出 版社，1997： 812；4、施工結(jié)構(gòu)計(jì)算方法與設(shè)計(jì)手冊，中國建筑工業(yè)出版社，1999： 233；5、起重運(yùn)輸機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，中國鐵道出版社，1983；6、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017-2003）。三、主要技術(shù)參數(shù)臺車門架結(jié)構(gòu)受力分析按1.0m/h（考慮最大澆筑速度）澆筑速 度進(jìn)行，頂模按襯砌厚度800mm校核（考慮超挖厚度200mm）。臺車 材料主要為 Q235B，其。s=235MPa、。b=375460MPa、。=170MPa， 混凝土容重T n=2.45t/m3。臺車總體性能參數(shù)如下:1、一個工作循環(huán)的理論襯砌長度：12米

3、；2、臺車門架縱向棉數(shù)：6棉；3、臺車橫移量：左、右各100mm4、成拱半徑：R =5500mm （輪廓半徑放大50mm）；15、臺車運(yùn)行速度：8m/min；6、液壓系統(tǒng)工作壓力：16Mpa；7、允許混凝土澆注速度：W1.0m/h;8、混凝土初凝時間：5h。四、載荷分析與計(jì)算1、邊模側(cè)壓力計(jì)算：臺車在澆注邊墻時，門架主要承受邊模引起的側(cè)壓力，新澆混凝 土對鋼模板的最大側(cè)壓力F,按以下公式（見施工結(jié)構(gòu)計(jì)算方法與 設(shè)計(jì)手冊）計(jì)算：F=0.22rt0 七 B 2V1/2式中F混凝土側(cè)壓力；r混凝土的比重，2.45t/m3；t。一新澆混凝土的初凝時間（h）,取5小時；七一外加劑影響系數(shù)，不加外加劑時取

4、1.0；摻具有緩凝 作用用的外加劑時取1.2；七一混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于3cm時取 0.85；當(dāng)坍落度為5-9cm時取1.0；當(dāng)坍落度為11T5cm時取1.15；V一混凝土的澆筑速度（m/h），取1.0m/h；將上述各值代入，F(xiàn)=0.22X2.45X5X1.2X1.15X1.01/2 =3.72邊墻的側(cè)壓力實(shí)際取為4.7t/m2，該值參考日本歧阜工業(yè)公司液 壓臺車的計(jì)算值（見隧道施工機(jī)械簡明手冊第一冊），該值較目 前國內(nèi)邊模板的側(cè)壓力計(jì)算大些，偏于安全。由于邊模垂直度較大，可近似的視其為直邊墻來進(jìn)行水平載荷的 計(jì)算，已知臺車襯砌長度為12米，邊模板高度為5.535米，則邊模 板

5、水平載荷為：W = 12 x 5.535 x 4.7 312.2&）2、頂?；炷磷灾赜?jì)算頂部模板承受的載荷有最大開挖0.8m（含超挖厚度0.20m）時， 混凝土的自重及注漿口封口時該處的擠壓力，由于混凝土輸送泵通過 幾十米的水平管和豎直管道向臺車輸送混凝土，與注漿口接口處的局 部理論擠壓力（36.5kg/cm2）較大，其他地方壓力較小，因此，強(qiáng)度 計(jì)算時，只考慮自重載荷的壓力對模板的影響，這在工程計(jì)算中是可 行的。在實(shí)際設(shè)計(jì)時，頂部模板局部加強(qiáng)，并考慮一定的安全系數(shù)， 由于上部擠壓力沒有確切的理論數(shù)據(jù)做參考，臺車設(shè)計(jì)一般根據(jù)國外 類似結(jié)構(gòu)及經(jīng)驗(yàn)加以考慮。1、混凝土自重P1臺車在澆注頂拱時，門

6、架主要承受頂部混凝土的自重。頂部最大 襯砌厚度0.8m （考慮超挖厚度），臺車襯砌長度為12米。襯砌時， 頂部整個混凝土的自重由上部圓弧模板承受，則頂部模板受力簡圖如 圖1所示。圖1頂模板結(jié)構(gòu)受力簡圖圖中由BEFC四點(diǎn)構(gòu)成的陰影部分面積即為混凝土截面積，其面 積由兩部分組成，即由中間扇形圓環(huán)ABCD的面積S1和兩邊三角形BEO、FCO分別減去扇形AEO、FDO后的面積和S2組成，即：S= 83必，傘婦2一 552)機(jī) 6914939 2)1360總面積S = S + S2 = 7513803(mm2 L 7.52。2)則混凝土自重W = 12 x 7.52 x 2.45 n 2226300 次

7、8.03 5502 L 2 = 598865( 2)2360五、校核工況分析臺車結(jié)構(gòu)受力分析應(yīng)考慮工作及非工作兩種工況下的載荷，由于 門架是主要的承重物件，必須保證有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性。因 此，強(qiáng)度校核時應(yīng)以工作時的最大載荷為設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)；非工作時， 臺車只有自重，結(jié)構(gòu)受力較小，此種工況作為臺車的行走校核及門架 縱梁的強(qiáng)度驗(yàn)算，本次分析暫不考慮。臺車在襯砌工作的情況下，又 分以下兩種階段：1、階段一：邊模澆注完成時該階段是指臺車在澆注邊模時，門架的受力情況。在此工況下， 由于混凝土還沒有澆注到臺車頂模處。因此，門架主要承受模板和托 架自重以及邊模的側(cè)壓力，門架主要承受力為：模板和托架自重

8、豎向載荷：55t。經(jīng)過計(jì)算，臺車模板、托架重量約為55t。臺車根據(jù)襯砌長度12 米，共設(shè)計(jì)了 6棉門架，中間的4棉門架承受的豎向壓力比兩端的門 架承受的壓力大，兩端的門架承受的力只相當(dāng)于中間一棉門架的力。 因此，單棉門架承受的最大載荷為55/5=11t，每棉門架又通過兩個 受力點(diǎn)作用于門架橫梁上，因此單個受力點(diǎn)的力為11/2=5.5t?；炷翆吥５膫?cè)壓力：312.2t。上述水平載荷由24個側(cè)向支承千斤承擔(dān)，而中間4組千斤承受 的力是兩邊承受的力的2倍，因此中間4組千斤承受的力最大，則中 間每組千斤承受的力為312.2/5=62.44t。假設(shè)每組載荷由4個千斤 平均承擔(dān)，則每個千斤受力點(diǎn)的軸向

9、載荷為62.44/4=15.61t。2、階段二：頂模澆注完成時該階段是指臺車在澆注頂模時，門架的受力情況。在此工況下， 由于邊?；炷烈鸦境跄T架主要承受自重和頂部混凝土壓力， 不承受邊模的側(cè)壓力，主要受力為：（1）模板和托架自重豎向載荷：55t。（2）混凝土對頂模的壓力：221t因此，階段二時，兩部分的豎向力合計(jì)應(yīng)為55+221=276。中間的 4棉門架承受的豎向壓力比兩端的門架承受的壓力大，兩端的門架承 受的力只相當(dāng)于中間一棉門架的力。因此，單棉門架承受的最大載荷 為276/5=55.2t，每棉門架又通過3個受力點(diǎn)作用于門架橫梁上，因 此單個受力點(diǎn)的力為55.2/3=18.4t。六、有

10、限元分析1、實(shí)體建模根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸用Autodesk Inventor Professional 2012對整體門架進(jìn)行三維實(shí)體建模并指定材料，門架 全部采用Q235B碳鋼。該材料的性能參數(shù)見表1所示。材料Q235B常規(guī)質(zhì)量密度7.86 g/cm3屈服強(qiáng)度235 MPa極限拉伸強(qiáng)度450 MPa應(yīng)力楊氏模量220 GPa泊松比0.275 ul切變模量0 GPa應(yīng)力熱膨脹膨脹系數(shù)0.000012 ul/c熱傳導(dǎo)率56 W/( m K )比熱460 J/( kg c )表1Q235B性能參數(shù)2、分析計(jì)算分析軟件采用Inventor2012自帶的ANSYS模塊。利用軟件自身 劃分網(wǎng)格。

11、階段一時，門架縱梁下表面為固定約束處，共2處。階段 二時，門架縱梁下表面為和側(cè)模千斤受力點(diǎn)處作為固定約束處，共 10處。將力加載到門架的相應(yīng)位置處。最后，利用ANSYS程序自動 求解。3、計(jì)算結(jié)果（1）階段一計(jì)算結(jié)果整體門架有限元分析結(jié)果如圖2、圖3、圖4、圖5所示，分析結(jié) 果數(shù)據(jù)見表2所示。圖2階段一受力模型圖潟254. 9最小俗：l. 1 wn類型：Mises等我應(yīng)力 草位：a2012-11-9, 16:35:47137最大值109.6I o. 1最小值T 國扇71的晚類型：位移單位：mm2012-11-9, 16:35:551.雄最太值圖4階段一受力位移圖類型：安全系數(shù) 單位：g2012

12、-11-9, 16:35:541 Fi晶主伯名稱最小值最大值體積221595000 mm3質(zhì)量1741.74 kgMises等效應(yīng)力0.076197 MPa137.021 MPa位移0 mm1.90906 mm安全系數(shù)1.51071 ul15 ul表2階段一分析結(jié)果（2）階段二計(jì)算結(jié)果整體門架有限元分析結(jié)果如圖6、圖7、圖8、圖9所示，分析結(jié)果數(shù)據(jù)見表3所示。圖6階段二受力模型圖圖7階段二受力等效應(yīng)力圖35. 2826. 4717- 65& 83、晝小桐:0.01 MPh0- 01最小值最大值：4土 I IPft類型：Mises等被應(yīng)力 單位：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 類型：位移單位:mm2012-11-9, 16:41:38_ 0. 0597最大值0. 76780. 57580. 3839類型：安全系數(shù)單位：2012-11-9, 16:41:37圖9階段二受力安全系數(shù)圖