砌襯臺車計(jì)算書

1、福建省莆田至永定（閩粵界）高速公路永春至永定泉州段A8標(biāo)襯砌臺車計(jì)算書 編 制： 復(fù) 核： 技術(shù)負(fù)責(zé)人： 中鐵十局莆永高速公路泉州段A8標(biāo)項(xiàng)目部二0一二年七月砌襯臺車計(jì)算書一、 臺車簡介大丘林2#隧道設(shè)計(jì)為上下行分離的四車道分離式隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速為80Km/h，隧道處在圓曲線上，右線平曲線半徑2700m，左線平曲線半徑2850m。根據(jù)福建省莆田至永定（閩粵界）高速公路永春至永定泉州段二階段施工圖第二冊設(shè)計(jì)說明（當(dāng)高速公路設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h）平曲線半徑2500米時(shí)不設(shè)置超高，故本隧道所在平曲線段內(nèi)無超高，路面橫坡為2%，隧道凈空為（寬×高）10.25×5.0m。我部根據(jù)隧道

2、實(shí)際情況，決定采用10.5m長的臺車進(jìn)行二襯作業(yè)。我部和臺車廠家（福州順隆機(jī)械有限公司）根據(jù)隧道設(shè)計(jì)斷面圖和施工要求提出了具體方案（具體見臺車設(shè)計(jì)圖）。此臺車能保證邊開挖邊襯砌，門架凈空高度和寬度能保證車輛通行；整機(jī)行走采用電機(jī)機(jī)械驅(qū)動；模板采用全液壓操縱，利用液壓缸支（收）模機(jī)械鎖定。在重要的鋼結(jié)構(gòu)方面，采用專用工具裝模，確保產(chǎn)品加工質(zhì)量，產(chǎn)品性能良好、結(jié)構(gòu)合理、襯砌質(zhì)量高。二、臺車的主要技術(shù)參數(shù)（整機(jī)外形尺寸見臺車設(shè)計(jì)圖）（1）臺車模板面板厚度：10mm（2）臺車重量及每延米重量：73.82噸，7.03噸/m（3）臺車類型：液壓自行式（4）臺車運(yùn)行速度：8m/min（5）驅(qū)動電機(jī)功率：2X

3、9.5KW（6）液壓電機(jī)功率：1X5.5KW,工作壓力16MPa(7)頂升油缸工作行程：400mm(8)側(cè)向油缸工作行程：350mm（9）平移油缸工作行程：±150mm（10）一次襯砌長度：10.5m（11）行走方式：軌道自行式三、主要結(jié)構(gòu)及簡述 臺車由行走機(jī)構(gòu)、臺車門架、鋼模板、鋼模板垂直升降和側(cè)向伸縮機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)6部分組成。（1）行走機(jī)構(gòu) 行走機(jī)構(gòu)由主動、被動兩部分組成，共四套裝置，分別安裝于臺車架兩端的門架立柱下端，整機(jī)行走由兩套主動行走機(jī)構(gòu)完成，行走傳動機(jī)構(gòu)帶有液壓推桿制動器，以保證整機(jī)在坡道上仍能安全剎車。采用寬大行走輪，配32316軸承、20A鏈條、WX-

4、6減速機(jī)以保證臺車使用安全，避免了跳軌、變形、斷鏈打滑等對襯砌施工的影響。（2）臺車門架 臺車門架設(shè)計(jì)共5榀，由門架橫梁、上下縱梁、門架立柱、連接梁、剪刀架等部件組成。門架立柱采用三角立柱結(jié)構(gòu)，這樣不僅加強(qiáng)立柱的強(qiáng)度阻止立柱向內(nèi)彎曲，還加強(qiáng)立柱與門架橫梁的接觸面，減小門架橫梁跨度，極大的減少了門架橫梁的受力。門架的各個(gè)部件通過螺栓聯(lián)為一體，兩門架支撐于行走輪架上，中門架下端裝有基礎(chǔ)千斤，襯砌施工時(shí)，混凝土載荷通過模板傳遞到5個(gè)門架上，并分別通過行走輪和基礎(chǔ)千斤傳至軌道地面。在行走狀態(tài)下，螺桿應(yīng)縮回，門架上部前段裝有操作平臺，放置液壓及電氣裝置。（3）模板 模板寬度為1.5M，為保證模板有足夠的

5、強(qiáng)度，面板采用10mm，同時(shí)采用6.3#槽鋼加強(qiáng),間距300mm,并在每件模板里增加加強(qiáng)立板來保證強(qiáng)度，小曲墻一次成型，保證了降低襯砌勞動強(qiáng)度和提高工作效率和襯砌美觀。在制作中為保證模板外表質(zhì)量和外形尺寸精度高、采用合理的加工、焊接工藝，設(shè)計(jì)并加工專用拼裝焊接胎模，有效保證整體外形尺寸的準(zhǔn)確度，焊接變形小，外表面光滑，無凹凸等缺陷。采用過盈配合的穩(wěn)定銷將相鄰模板的連接板固定為一體，有效控制了相鄰模板的錯(cuò)臺問題，能保證混凝土襯砌質(zhì)量。(4)液壓系統(tǒng) 由電動機(jī)、液壓泵、手動換向閥、垂直及側(cè)向液壓缸、液壓鎖、油箱及管路組成，其功用是快捷、方便的完成收（支）模，即頂模升降和支撐側(cè)模。四、臺車在工程襯砌

6、所能達(dá)到的效果：（1）當(dāng)隧道開挖偏離中心時(shí)，可通過臺車的模板調(diào)整機(jī)構(gòu)達(dá)到調(diào)中，能夠滿足設(shè)計(jì)和施工要求。（2）臺車由足夠的強(qiáng)度和剛度，在液壓缸和支撐絲桿的聯(lián)合作用下，能抵抗混凝土強(qiáng)大的垂直和側(cè)向壓力，臺車不發(fā)生變形，由于各支點(diǎn)設(shè)計(jì)布局合理，有效的利用了臺車自身的重量和混凝土重量的壓力，保證了臺車澆注混凝土?xí)r克服混凝土的上浮作用。（3）工作窗口布局合理，使臺車便于涂抹脫模劑，方便兩側(cè)澆注混凝土和振搗作業(yè)，頂部設(shè)有注料口，注入混凝土方便，減輕了施工人員的勞動強(qiáng)度。（4）每片鋼模接縫嚴(yán)實(shí)，混凝土密實(shí)，無蜂窩、斑點(diǎn)、錯(cuò)臺現(xiàn)象發(fā)生，表面光滑、平整、美觀。五、隧道臺車力學(xué)計(jì)算 (一)、計(jì)算依據(jù)長度為10.5

7、m，模板面板厚度為10mm，門架采用400×400mm，門架腹板厚12mm。本計(jì)算書針對臺車的主要受力構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行檢算，以驗(yàn)證臺車的力學(xué)性能能否滿足要求。本文主要根據(jù)路橋施工計(jì)算手冊與結(jié)構(gòu)力學(xué)，借助結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器來對本臺車進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算。1.計(jì)算參數(shù)砼的重力密度為：24kN/m3;砼澆筑速度：2m/h；砼入模時(shí)的溫度取20；摻外加劑。鋼材取Q235鋼，重力密度：78.5kN/m3；彈性模量為206Gpa，容許拉壓應(yīng)力為140Mpa，容許彎曲應(yīng)力取181Mpa（1.25的提高系數(shù)）。有部分零件為45#鋼，容許拉壓應(yīng)力為210Mpa。2.計(jì)算載荷1）振動器產(chǎn)生的荷載：4.0kN/m

8、2；或傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載：4.0kN/m2；二者不同時(shí)計(jì)算。2）對側(cè)模產(chǎn)生的壓力砼對側(cè)模產(chǎn)生的壓力主要為側(cè)壓力，側(cè)壓力計(jì)算公式為：P=kh 當(dāng)v/T<0.035時(shí)，h=0.22+24.9v/T；當(dāng)v/T>0.035時(shí)，h=1.53+3.8v/T；式中：P-新澆混凝土對模板產(chǎn)生的最大側(cè)壓力(kPa)； h-有效壓頭高度（m）； v-混凝土澆筑速度(m/h)； T-混凝土入模時(shí)的溫度(）； -混凝土的容重(kN/m3); K-外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取k=1.0，摻緩凝劑作用的外加劑時(shí)k=1.2；根據(jù)前述已知條件：因?yàn)椋簐/T=2/20=0.1>0.035,所以 h

9、=1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.1=1.91m最大測壓力為：P=kh =1.2×24×1.91=55kN/m2；檢算強(qiáng)度時(shí)載荷設(shè)計(jì)值為：pa=1.2×50+1.4×4.0= 65.6kN/m2；3）砼對頂模產(chǎn)生的壓力砼對頂模產(chǎn)生的壓力由砼的重力和灌注砼的測壓力組成：重力p1=24kN/m3×0.5m=12kN/m2其中為澆注砼的厚度。由于圓弧坡度變小，取灌注為1m/h。因?yàn)椋簐/T=1/20=0.05>0.035所以 h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.05=1.72m側(cè)壓力為：p2=kh

10、 =1.2×24×1.72=49.5kN/m2p3=1.2×49.5+1.4×4.0=65kN/m2所以頂模受到的壓力pb=p1+p2=12+49.5=61.5kN/m2可知pbpa，頂模和側(cè)模受到的壓力相當(dāng)。4)臺車結(jié)構(gòu)自重，影響不大，不計(jì)入檢算載荷。（二）、側(cè)模和頂模的檢算通過對側(cè)模和頂模的面板和弧板的強(qiáng)度和剛度檢算，來驗(yàn)證臺車模板的強(qiáng)度和剛度是否滿足受力要求。側(cè)模面板和頂模面板的支撐結(jié)構(gòu)相同，因?yàn)轫斈Ｃ姘迨芑炷林亓ψ饔盟軌毫β源?，所以只需檢算頂模面板的強(qiáng)度和剛度是否能滿足要求。面板由間距為30cm的槽鋼支撐，因此可簡化為跨度為0.3m的簡支梁，

11、來對面板進(jìn)行分析。2.1面板檢算a 面板強(qiáng)度計(jì)算面板為厚度為10mm，面板受到的最大壓力為p=pb=61.5kN/m2面板的抗彎模量w=bh2/6=(1/6)×1.5×0.012=2.5×10-5m3面板所受的最大彎矩為Mmax=ql2/8=(1/8)×(61.5×1.5)×0.32=1.04kN·m面板受到的彎曲應(yīng)力為s= Mmax/w=1040/(2.5×12-5)=41.6MPa<s=181Mpa所以面板的強(qiáng)度滿足要求。b 面板的剛度計(jì)算面板的慣性矩I=bh3/12=1.5×0.013/12=

12、12.5×10-8m4 所以面板的剛度滿足要求。2.2 加強(qiáng)槽鋼檢算 槽鋼兩端固支，受均布力q2=p×0.3=61.5×0.3=18.45kN/m 最大彎矩在跨中，M=(1/29)×ql2=18.45×1.52/29=1.43kN·m 加強(qiáng)槽鋼采用63×40×4.8,抗彎模量查表得w=16.123×10-6m3 槽鋼所受最大彎曲應(yīng)力s= Mmax/w=1.43×123/(16.123×10-6)=88.69MPa<s=181Mpa慣性矩查表得 I=50.786×10-8

13、m4最大撓度2.3 弧板檢算弧板寬280，材料為12鋼板，模板連接梁最大間距1850mm?；“迨芰δＰ涂稍O(shè)為受均布力的簡支梁，跨距l(xiāng)=1.85m均布力q3=pa×1.5/2=65.6×1.5/2=49.2kN/m（有2片弧板，所以除2）抗彎模量w=bh2/6=0.012×0.282/6=1.57×10-4m3M=ql2/8=49.2×1.852/8=21kN·ms= Mmax/w=21×123/(1.57×10-4)=133.76MPa<s=181MpaI=bh3/12=0.012×0.283/12

14、=2.2×10-5m4 （三）、門架檢算除了模板滿足受力要求，要保證臺車的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，門架也需滿足受力要求。因此有必要對門架進(jìn)行受力分析。門架橫梁與門架立柱之間用螺栓緊固，不僅傳遞集中力而且傳遞彎矩，因此作為一個(gè)整體的分析。門架所示豎向力是由豎向千斤和油缸傳遞下來，門架寬6.7m，豎向力也主要是由6.7m范圍內(nèi)的模板傳遞下來。12m臺車總共傳遞的豎向力為F總=61.5kN/m2×12m×6.7m=4944.6kN，共5榀門架，每榀門架有3個(gè)豎向受力點(diǎn)，則每個(gè)受力點(diǎn)傳遞的力F=4944.6/15=329.64kN。側(cè)向力由側(cè)模傳至千斤，側(cè)模高度4.88m，則F=6

15、5.6kN/m2×12m×4.88m=3841kN，共有千斤數(shù)量30件，則每個(gè)千斤傳遞的側(cè)向力F=3841/30=128kN。由以上分析，根據(jù)臺車門架尺寸，得出檢算模型如下圖所示求解得到彎矩圖3.1強(qiáng)度檢算由彎矩圖可知門架最大彎矩發(fā)生在橫梁中心，對比門架橫梁和立柱截面可知，該處也是最危險(xiǎn)的點(diǎn)。門架橫梁高H=0.8m，寬b=0.4m其截面特性強(qiáng)度：s=M/w=329.64/3.27=100.807Mpa<s=181Mpa門架橫梁的強(qiáng)度滿足要求，因此門架的強(qiáng)度滿足受力要求。3.2剛度檢算由彎矩圖可知最大撓度發(fā)生在橫梁中心處，該處3 m范圍內(nèi)無支撐。則以3 米簡支梁受集中力

16、329.64kN計(jì)算。 所以門架橫梁剛度滿足要求。（四）、下縱梁的檢算觀察臺車側(cè)視圖可知，下縱梁受門架傳遞的向下的力，同時(shí)受到行走和基礎(chǔ)千斤的支撐。門架傳遞的豎向壓力為F=4944.6/10=494.46kN?；A(chǔ)千斤頂采用的是114×6的無縫鋼管（45鋼），鋼管截面積為2.037×10-3m2，能夠提供的支撐力為F=2.037×210=427.77kN。因此下縱梁受力模型可簡化為下圖所示分析得到彎矩圖下縱梁梁高0.5m，寬0.5m，截面特性：下縱梁彎曲應(yīng)力： s=M/w=233.69/4.15=56.31Mpa<s=181Mpa 最大撓度發(fā)生在下縱梁中心處

17、，以兩個(gè)基礎(chǔ)千斤間距離3m，受集中力616計(jì)算：（五）、絲桿千斤的檢算 絲桿千斤容易發(fā)生的破壞為壓桿失穩(wěn)，即無縫鋼管受力彎曲導(dǎo)致絲桿千斤的破壞。本節(jié)主要分析無縫鋼管壓桿的穩(wěn)定性，來驗(yàn)證絲桿千斤的受力是否滿足要求。臺車千斤有三種：基礎(chǔ)千斤，豎向千斤和側(cè)向千斤?；A(chǔ)千斤較短，工作長度僅為500，不易發(fā)生壓桿失穩(wěn)，因此主要分析豎向千斤和側(cè)向千斤的壓桿穩(wěn)定性。5.1 豎向千斤的穩(wěn)定性采用的是114×6的無縫鋼管，工作長度約為0.8m，每個(gè)豎向千斤受力為F1=329.64kN。根據(jù)路橋施工計(jì)算手冊第12章1.2節(jié)表12-2軸心受壓穩(wěn)定性計(jì)算公式為N/Am1N/Am=329.64/2.037=161.826MPa由長細(xì)比=l0/rr=(I/A)0.5=0.0491(.1144-.1024)/（0.0572-0.0512）0.5=0.038m=l0/r=0.8/0.038=21.1，查表得1=0.91=0.9×210=189，可得N/Am1因此豎向千斤壓桿穩(wěn)定性滿足要求。5.2側(cè)向千斤的穩(wěn)定性 在門架檢算時(shí)，已得到側(cè)向千斤所受軸力為128KN。采用的是114×6的無縫鋼管，單獨(dú)受力的側(cè)向千斤最長工作長度為162mm。N/Am=12