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设计计算部分(xx机械有限公司模板台车校核验算)


A9 标隧道衬砌台车设计计算书
一、设计概况
1、 衬砌台车的制作和安装需执行《隧道衬砌模板台车设计制造标准规范》 、 《混凝土结构工程施工及验收规范》 ( GB50204-92 ) 、 《公路隧道设计规范》 (JTJ042-99)中的相关要求。 2、 衬砌台车设计成边墙顶拱整体浇筑的自行式台车形式;最下部横梁距离 底板地面净高不低于 4.2m,满足施工设备通

行要求。 3、 衬砌台车的结构设计要确保在重复使用过程中结构稳定, 刚度满足要求。 模板最大变形值不超过 3mm。 4、 衬砌台车设计长度为 12 m 台车。 5、 衬砌台车设计时, 承载混凝土厚度按 0.8m 设计校核 (实际衬砌厚度一般 位置为 0.6m) 。 6、 衬砌台车面板伸缩系统采用液压传力杆,台车就位后采用丝杆承载。 7、侧模和顶模两侧设置窗口,以便进人和泵管下料。 8、 衬砌台车两端及其它操作位置需设置操作平台和行人通道,平台和通道均 应满足安全要求。

二、设计资料
1、 衬砌台车设计控制尺寸 衬砌台车外形控制尺寸, 依据隧道设计断面图、

施工技术要求确定。见总图《正视图》 。 2、 设计衬砌厚度 该隧道一般位置衬砌厚度 0.6m,衬砌台车设计时,承

载混凝土厚度按 0.8m 设计校核。 3、衬砌台车下通行控制尺寸 A)台车轨距 横梁距离地面高度不低于 4.2m。

台车轨距设计为 6.5m。 起吊重量一般不超过 2 吨。

B)洞内零星材料起吊重量 C)浇筑段长度

每循环浇筑段长 12m。

1

4、衬砌台车设计方案 衬砌台车的设计如图所示,见《正视图》 。该台车特点:采用全液压立收模; 电机驱动行走;横向调节位移也采用液压油缸。结构合理,效果良好。 5、钢模板设计控制数据 (1) 、模板:控制数据(见下表) 项目 顶拱模板 边拱模板 (2) 、台车结构 所对中心角 100° 51° 外沿弧 长(mm) 9512 5084 5267 模板面积 (㎡) 114.1 127.2 每节钢模宽度 (m) 1.5(每一段浇 筑采用 8 节钢模 板)

台车立柱横向中心距为 6.5m,净空高 4.2m、宽 6.0m。

(3) 、台车机械设备控制数据(见下表) 项目 行程 升降油缸 油缸外伸最大长度 轴向承压力 行程 边模油缸 油缸外伸最大长度 轴向承压力 轴向承拉力 轨距 行走机构 轮压 驱动力 6、钢模板设计 钢模板的作用是保持隧道衬砌混凝土浇筑的外形及承担混凝土浇筑载荷。钢 模板主要由面板、弧形板、支撑角钢、立筋板、活动铰构成。
2

单位 ㎜ ㎜ tf ㎜ ㎜ tf tf ㎜ tf tf

设计控制数据 250 950 60 300 1080 13 20 6500 20 400

(1)设计假定:面板弧形板按照双铰耳设计,最大正负弯矩区采用加强 措施;面板按四边支撑计算。 (2) 荷载及其组合: 顶拱钢模面板的计算荷载包括设计衬砌混凝土浇筑 荷载、允许超挖及局部过大超挖部分的混凝土浇筑荷载和面板的自重等。 q=q0+ q1+ q2+ q3 式中 q—面板计算载荷,kgf/m2 q0—面板自重,按照初选面板厚度计算; q1—设计衬砌混凝土荷载,q1=γ h γ —钢筋混凝土容重,可采用 2600kgf/ m3 h—设计台车衬砌厚度取 0.6m; q2—允许超挖部分的混凝土载荷,其值为 500kgf/ m2(取 0.2m) q3—局部过大超挖部分回填的混凝土荷载 (不包括允许超挖部分) , 为 0.2m。 q4—与 q3 相同,仅加载部位有异; q5—混凝土侧压力。 q 5=γ R, + C

R, 采用 0.75m; C—混凝土入仓对模板的冲击力,设计中采用 0.2tf/m2。
荷 载 q0 =262 设计衬砌混凝土 q1 =960 面 荷 板 载 组 合 q1+ q2+ q3=2710 q0+ q1 + q2 =1722

设计情况 I(顶拱浇筑完时)

允许超挖部分回填 q2 =500 局部过大超挖回填 q3 =1250 同 q3 ,加载部位有异 q4 =1250 混凝土侧压力 q5 =1400

(侧墙浇筑到顶拱时) q5=1400 弧 设计情况 II 形 校核情况 I (中间 1/4 跨有局部超 q0+ q1 + q2 + q4=2972 板 挖时) 校核情况 II (半跨有局部超挖时) q0+ q1+ q2+ q3=2972

(3)台车面板设计 1) 面板支撑情况:四边支撑板: a=26 ㎝,b=150 ㎝;

2) 面板厚度确定见下表:
3

按强度验算求δ 支撑情况 a/b 系 a1 四边支撑 0.17 0.0047 数 a2 Mmax (kgf·m) δ (cm)

按挠度验算求 δ 系数 β δ (cm)

0.003 68.784

0.50 0.00082 0.69

钢模板面板采用 10mm 厚的钢板。 (4 ) 、弧板及内部支撑设计:弧板采用 A3δ 12 钢板,宽度 300mm,加强筋 采用钢板及 90mm*56mm*6mm 的角钢,中心间距 260mm。 1)内力计算:参照双铰等截面直墙圆拱钢架梁内力公式计算。 计算结果见下表(该表内力均以 1m 计)

各种计算情况时钢拱梁各截面的组合内力 载荷作用 支座反力 V=29.345 q=q0+q1+q2 =1722kgf/m H=2.021 θ (度) 设计 M 0 -22.623 26.989 0 23.126 2.022 0 20.239 1.769 -1.583 21.829 1.591 0 20 -16.527 23.693 -8.624 16.953 5.333 8.74 16 4.607 7.484 15.588 4.726 8.32 76.8 24.814 2.606 -2.622 -28.314 28.105 8.627 -20.431 27.64 3.078 -20.423 23.219 2.479 106 14.976 4.281 11.76 -28.105 27.549 9.996 -15.619 23.548 -15.639 13.109 21.655 -9.575

情况 N I Q M N Q M

V=0 q5=1400kgf/m H=12.37

设计 情况 II

V=6.745 q3=1250 kgf/m V=2.087 q4=1250 kgf/m H=0.1066 H=0.288

校核

情况 N I 校核 情况 II Q M N Q

2 ) 弧板及内部支撑截面选择(参照相关公式) 。 (见下表)
4

M=q,l2/8
选择的截面 Ix=7834 4 cm Wx1=804 Wx2=485 3 Cm

σ =M/WX≤[σ ]
计算 截面 设计 情况 I 设计 情况 II 设计 情况 I 内力 (kgf.cm kgf) M=71022 N=2352 M=720010 N=2836.8 M=1019836 N=892 M=1117194 N=738 M=-1049011 N=12941 M=-1027567 N=16928

fmax = 5q,l4/384EIX≤l/250
截面应力 2 (kgf.cm ) 1041(外) 1632(内) 1392(外) 1658(内) 1321(外) 1499(内) 1448(外) 1655(内) 1169(外) 1669(内) 1169(外) 1673(内) 与[σ ]比较

基 本 截 面

<[σ ]=1700

θ =20

<[σ ]

<[σ ]

最 大 正 负 弯 矩 截 面

Ix=11099 4 cm Wx1=850 Wx2=745 3 cm

校核 情况 I 设计 情况 II 校核 情况 II

θ =0

<[σ ]

<[σ ]

θ =90

<[σ ]

q,—作用在支撑角钢上的线载荷, q, =qa=2.25(t/m) l—支撑角钢的计算跨度 1.5m; a—支撑角钢间距,为 260mm; WX、IX——分别为对 x 轴的截面抵抗矩及截面惯性矩,计算截面包括支撑角 钢每侧宽 15σ 的面板面积; 梁单元的最大变形量,即模板的最大位移: fmax=5*2.25*10 *1.5 /(384*2.1*10 *3.02*10 )=0.0023m=2.3mm 通过上述的分析计算可知,整个模板的强度刚度是足够的。 下面的内力也满足要求。
4 4 11 -6

3 ) 弧板及内部支撑(θ =90°)截面处变形计算 (参照相关公式) 。 (见下表)

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受力情况 设计情况 I 设计情况 II 校核情况 II

Δ

KP

Δ KP/L 1/715 1/1000

[Δ KP/L]

比较 <1/400 <1/400

2.1 -1.5 2.5

1/400 <1/400(未考虑侧 1/600 向混凝土抗力)

4) 、活动铰耳设计:顶部模板活动铰耳在截面 76.8°。从内力计算表中可 知活动铰耳一般都在正弯矩区,仅设计区 II 处于负弯矩区,而绝对值较正弯矩 区小, 所以活动铰耳设计采用该截面之最大内力进行。活动铰耳承担该截面的剪 力及由弯矩所产生的剪力, 弧板与弧板之间用螺栓连接,螺栓主要承受剪力根据 相关公式计算所得:M=105162kgf.cm
项 螺 目 栓

N=7680kgf

Q=7405kgf
选用截面直径(mm) 16 40

计算所需要的直径(mm) d≥12.4 d≥25

模板销子

三、台车结构设计
1、台车主架体设计 台车主架体结构按照等截面双铰多层钢架进行内力计

算。根据运输条件、吊装力量和方便加工制造等因素,将主架体分为:底梁、立 柱、门架横梁、门架斜支撑、门架纵梁、横梁直支撑、横梁直支撑斜拉杆、立柱 斜拉杆等。按近似的框架结构简支梁进行计算。 (参照台车〈正视图〉 )

P1= K1/nG
式中

K1---不同步工作系数,可采用 K1=2; n----每部台车上布置的垂直升降机械总数; G----钢模板、台车拖架以及钢模伸缩之附加载荷之和,kgf, G=G0+G1+△P1 G1---拖架估算重,kgf;
6

G0---钢模板估算重,kgf; GO=gFn1
g---钢模板单位面积钢材重,kgf/m ; F---每节钢模板的表面积,m ;
2 2

n1-----台车每次托运的钢模节数; Δ P1—附加垂直载荷;
垂直升降机械所承担的拉力

P2=(fF1-gF)*K1/n
其中

F1----每节钢模板顶模部分的表面积; f-----单位粘结力 取 f=500Kgf/m2

一个水平支撑机械所传成的力

P3=K1aG2/bn1
其中 b---水平支撑机械轴线至垂直升降机械与托架连接饺轴 A 之距 离, a---侧向钢模与托架自重 G2 作用点 C 只垂直升降机械轴线的距 离

G2 台车每次托运的钢模与侧向脱架自重(仅记一侧) , N1---台车一侧布置的水平支撑机械个数。
拆钢模时每个水平的支撑机械所承担的载荷

P4=K1(fF2c-G2a)/bn1
c---侧向钢模与混凝土粘结力的合理作用点至垂直升降机械 与托架连接铰轴的距离,

F2---台车每次托运的侧向摸板面积

7

P 5— 工 作 平 台 传 至 立 柱 的 载 荷 , 工 作 平 台 载 荷 可 采 用
300-400kgf/m ;
2

P6—平台传至车架梁上的载荷,假定作用在梁跨中部; P7---台车操作设备载荷,假定作用在梁跨中部; P8---根据施工需要由台车吊用的设备重(作设计考虑) ;
由双铰“Π ”形刚架受力做内力分析: 1. 安装钢模时,车架梁受 P1,P5,P6,P7 及升降机械自重作用, 同时台车立柱承受侧压力 P3,台车丝杆承载; 2. 台车脱模时,丝杆卸载,车架梁受力不变,台车立柱承受拉力

P4 ;
3. 其他工作时间,台车车架梁承受压力,底梁及行走承载。

按钢架内力计算公式,车架梁及立柱应力验算如下表:
σ 车架选用截面 焊制工字钢 60# 焊制工字钢 50# 焊制工字钢 60# 焊制工字钢 50# 焊制工字钢 60# 焊制工字钢 50# 横梁 I 立柱 I 横梁 II 立柱 II 横梁 III 立柱 III (kgf/cm ) 852 1242 -1184 425 1358 1292 1048 0.7
2

τ max (kgf/cm )
2

f (cm)

2、台车托架设计

台车托架分为顶拱托架和边拱托架。边拱托架结构简单、

受力杆件按照简支梁计算;顶拱托架主要有顶纵梁、台梁、小立柱、小立柱拉杆 等组成结构紧凑、受力效果好,按照框架结构简支梁进行计算。

四、机械传动结构设计
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1、垂直升降机械

垂直升降机械起固定支撑作用的采用螺杆式千斤顶,螺

杆和丝母均采用梯形螺纹。 起重螺杆的设计主要是对螺杆直径的确定,其次是对 螺杆的自锁性及稳定性进行验算。根据在工地使用的特点,要求其中螺杆具有较 大的钢度。 螺杆直径按压缩扭转和弯曲的复合应力来确定: σ =[(Q/F+M/W)2+4(MT/WJ)2]1/2≤[σ ] M=Qli MT=Q[dc/2*tg(α +ρ )] W=0.1d13 WJ=0.2 d13

d1≥(1.3—1.4) [Q/[σ ]]1/2 F=π d12/4 tgα =s/π dC f=tgρ

螺杆螺母间的摩擦角ρ 大于罗纹的升角α 时,可以保证自锁。根据台车自重 及其他外力合计确定本台车所选用的丝杆直径为 75mm,丝母直径为 110,螺纹型 号为 Tr10*300。 2、水平支撑机械 水平支撑机械采用双头螺杆,它主要完成侧向模板的就

位与固定支撑, 也可以作为钢模板的横向细微调节使用。水平支撑螺杆在立模衬 砌时压力较大。水平支撑机构螺杆的螺纹内径 d 按照下列公式进行计算: d1=[ 1.3*4 Q/π [σ ]]1/2 根据台车侧向收模力估算及其他外力合 计确定本台车所选用的丝杆直径为 65mm,丝母直径为 90mm,螺纹型号为 Tr9*300。 3、行走装置设计 采用电机带动摆线针轮减速机和开式齿轮的传动,带动

主动轮,电动机与减速机直联式。 驱动计算中,因为衬砌台车在隧洞中运行,可以不计风阻力;考虑到轨道铺 设不平,洞内运行条件差,其驱动功率应适当加大;隧道的纵向坡度影响较大, 必须详细计算驱动功率。 F 驱动=μ ?Gcosα +Gsinα P=F?v G—台车总重,约 75 吨
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μ —摩擦系数, 取 0.05 代入数据 P=10.3Kw。 选用 2 台 5.5Kw 电动机、减速机同时驱动,并采用制动器制动,速度控制在 8m/min。

五、液压传动机械设计
1、液压千斤顶基本尺寸确定 依据衬砌台车方案设计确定的参数(荷载、

行程)进行计算;然后根据台车结构布置要求与操作,油缸基本参数与尺寸的规 定,结合国内油缸标准内、外径系列尺寸选取油缸直径。 (1)活塞杆直径 d d= [4Q/π [σ ]]1/2 式中 Q 为活塞杆上的推力。活塞杆长度根据行程及布 置要求决定,其受压时的稳定验算与螺杆相同。 (2)油缸内直径 D1 不考虑背压影响时:D1= [4Q/π P]1/2 (推) D1= [4Q /π P+d ] 考虑背压影响时:Q
, 2 1/2

(拉)

= A 1P 1 - A 2P 2(推)

Q, = A 1P 1 - A 2P 2 (拉) (3)油缸壁厚δ计算 δ=QD1/2[δ] 当 D/D11.1≥时,按照厚壁公式计算 D= D1 [([δ]+P)/([δ]- P)]1/2 一般按照薄壁公式计算

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项 升降油缸



单位 mm mm mm mm mm mm mm mm mm 250 250 150 300 100 50 100 100 45

设计控制数据

行程 钢筒内径 活塞杆直径 行程 钢筒内径 活塞杆直径 行程 钢筒内径 活塞杆直径

边模油缸

平移油缸

本设计计算书按 12m 台车编制, 9m 台车设计计算与 12m 雷同。

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