隧道二衬台车模板受力验算

隧道二衬台车模板受力验算隧道全液压二次衬砌台车长度一般分为6m、9m、12m等规格。由于模板面板采用1.5m宽的整块钢板经冷弯拼接而成，故隧道二衬脱模后的混凝土表面光滑平整，拼接缝小，外观非常漂亮。同时施工时大大减小安装模板的劳动强度，成为隧道二衬施工中的得力助手。二衬台车模板分顶模、左右边模三部分，分别通过顶升和左右两边的液压系统来调整和校正模板的正确位置。混凝土由混凝土输送泵泵送入模，混凝土的自重及边墙压力靠模板来支承。模板的整体刚度、强度由拱板、托架和千斤顶来共同支承，保证模板工作时的绝对可靠。由于顶模受到混凝土自重(浇筑后初凝前)、施工荷载以及泵送口封口时的挤压力等荷载的共同作用，其受力条件显然比其它部位的模板更加复杂、受力更大、结构要求更高。由于台车边模与顶模的结构构造基本一致，而边模一般不承受混凝土白重，荷载较小，因此对台车模板进行受力验算时只考虑顶模的影响。台车模板一般由宽1.5m、厚8mm的整块钢板冷弯拼接而成，从台车的轴线方向看是一个圆柱壳状体，且是由多个1.5m长的圆柱壳状体组合而成。通过计算可知模板下的托架支承以及弧形拱板(肋板．宽220mm，厚12mm)的强度和刚度是足够的．而顶模受到各种荷载的共同作用是最大的。因此．取台车顶部模板最顶部2m宽度、1.5m长度的这部分模板建立力学模型，进行受力分析和验算并校核模板的强度和刚度。其受力简图如图l所示。该模板厚8mm，背筋采用∠75×6加强角钢．间距250mm。如图1所示．建立力学模型的这部分模板上的荷载由两部分组成．一是混凝土的自重：二是混凝土输送泵泵送口进行封口时产生的较大挤压力，该值的取值是不确定的．它与泵送封口时的操作有极大的关系。如果混凝土已经灌满，而操作人员仍然泵送混凝土，混凝土输送泵的理论出口压力(36.5kg／㎝)很大，就有可能造成模板的严重变形。由于输送管的长度及高度的变化，泵送接口处的压力实际有多大，目前没有理论及实验验证的数据可供参考。据此情况。操作工就必须及时掌握和控制泵送过程，随时观察灌注情况，根据操作经验判定是否灌满，并及时停止泵送，进行封口。1、建立力学模型部分的混凝土自重荷载P1如图1所示，该部分的为宽2m，长1.5m，厚0.8m的混凝土，查《路桥施工计算手册》C40～C60混凝土密度近似取为2.45t/m³，(参考[l]中258页)则混凝土自重为W：W=2×1.5×0.8×2.45=5.88(t)。折算成单位面载荷Pl：Pl=5.88／(2×1.5)=1.96t／m2。2、建立力学模型部分隧道混凝土输送泵泵送时的挤压力所产生的挤压面载荷P2²参考自日本歧阜工业公司提供的参数[2]，该值取为P²=4.7t／m2。3、建立力学模型部分的总荷载P：P=P1+P2=1.96+4.7=6.66t／m2。4、模板的弯曲应力由于模板的内表面每隔250mm有一根背筋(加强角钢∠75×6)，因此。我们可以把它简化成间隔250mm的梁单元来考虑。将宽度250mm的模板所受到的载荷折算成梁上均布载荷。这种方法也是在有限元单元处理中常用的方法，其翼缘板的宽度取它与之相邻筋板间距的30％(参考[3]中97页)，即250×0.3=75mm，偏于安全。根据上述模板所受的面载荷为6.66t／m2，那么在250mm宽，1500mm长的面积上所受到的载荷为6.66×0.25×1.5=2.5(t)，将此载荷作用在1.5m长的梁上。则其均布载荷q=2.5／1.5=1.67(t/m)。如要对整个模板进行受力分析，就必须将整个模板等效成梁单元的空间框架结构，利用有限元理论，通过电算进行有限元分析。这里，我们只能取一根梁进行分析，简化后的梁单元力学模型按简支梁处理，其受力简图如图2所示。这是因为两边有220mm高的拱板及立柱支承，梁的截面如图3所示。觉为计算梁每的弯曲应兵力，就必键须先计算矛梁横断面杰的截面的亮形心，该率截面是由你75拉×恶6mm买的角钢及词150疾×钳8mm砖的矩形组型合截面。拔根据图示需坐出标系．计湿算组合截相面形心窃o寻0棵的榨X幼、宽Y荣坐标。纲根锤据缸[4拍]哗中楼附姿l恋一雁4竿组合截面卡形心公式侧计算形忘心登X跨、虚Y奉的坐标。疤X榜=沙Σ精AiXi溜/蜓Σ落A尖i移，摇，珠Y庭=斥Σ筋AiY辆i邻／蒸Σ正Ai府查表可知傅角锅钢枯75×犬6衬的横截面朝积咸A=87予9.7m捕m胞²尖，惯性洁矩禾Ix=4竹6950点0mm介4注。愉将各值代穗入，则：繁X=(1笨50×8腐×75+害879.限7×95间.7)/明(120缺0+87修9.7)桥=83.毫76mm望Y=(1搁50×8嘉×79+富879.愤7×20目.7)/蜓(120泰0+87挨9.7)努=54.绑34mm恨根据组合叼截面的平翻行移轴公势式计算组发合截面的诊惯性轧矩头I查x阁：抄Ix=1锯50×8趴3滋／疤12+8姑×150虑×24.始66象2汗+469探500+蛛879.天7×33旧.64译2福=220摩1150倒.87m撞m借4钟抗弯截面冷模介数烤W颤1忽=I傍x帖／齿(交83-5源4.34叫)=76军802m冷m听3躬。捧抗弯截面蓬模抗数燃W探2惑=I协x此／奔54.3闯4=40浴507m帆m应3董。景简支梁受仓到均布载榴荷作用下次的最大弯厅矩位于跨眼中，其值舟为：纺M点max谁=q1愉2脱／恩8=1.组67×1兴0叛4内×1.5葡2巧/8=4迫.7×1口0厦3移(道N.m)著粱的最大杜弯曲应力朽σ皆=M遵max接/W涝2排=4.7怎×10蝴3遭/14.废0507炉×10吗-5议=l16库.03[得Mpa]两对促于窝A厌3倚钢屋，促[伶σ甩s岩]=16况0Mp销a烤，所以，岸梁的强度泰满足要求撑。症5查、模板的犁最大位移雾梁单元的规最大变形降量．即模烦板的最大漏位移。汁根据公腾式毛[5]佳1陆一售11勇4到中对应的芒受均布载乳荷简支梁简的位移公月式：光f火max液=5q1于4模／朗384E让I片式中究．矩E-勺-财弹性模量巷，年E=2.窝1×10固5卧MP物a漠；足I-董-匙截面的惯渔性矩更，新I=2.磁2×l0眠-6秒m困4疤；轿q-设-座梁受到的室均布荷载风，机1.67店×10蕉4乎N吨；漠l-嘴-突梁的长度前．距L=1.皇5诚m闲。唯将以上各阿值代人：近f丛max考=5×1吉.67×垮10驱4独×1.5它4耀/(38未4×2.秘1×10搬11佳×2.2嚷×l0且-6筐)买=0.0拍024m随=2.4腾mm粪即模板的辰最大变形挤为鸟2.4m塌m战。眉查凝<嘱<呈公路工程饥质量检验挨评定标攻准涛>>JF低GF8秩0爬／诉1裤—沙200捷4洁可知，扁用鞠2饺米尺检查恨平整度允耻许值乐为会20m绍m功，远大育于疏2.4m伶m虎。即模板备的刚度也腾同样满足翼要求。昨通过以上然的受力验即算可知，妥模板反厚辅8m再m亩，背秤筋洗(京加强角钢延，房为拥L75蜘×6扮,锁间距扮为纽250m企m算的模板台探车对于二六衬厚仁度歪800m吩m密的混凝土啊隧道来说旨．其强度躬和刚度均艺是足够的存。参考文献驶[1惹]赛、《路桥税施工计算腾手册》．饼人民出板拾社，冠2002忙；键[搜2]魔、《隧道枪施工机械他简明手册探》第一册菜．铁道部县隧道工程幅局，鲁1984设[纪3文]显