中铁二十二局昆玉铁路宝峰隧道9.1米液压台车模板受力分析
更新时间:2023-06-02 06:00:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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台车模板受力分析
台车模板分顶模、左右边模,由于顶模受到混凝土自重、施工载荷及注浆口封口时的挤压力等载荷的作用,其受力条件显然比其它部位的模板更复杂、受力更大、结构要求更高。由于边模与顶模的结构构造一样,边模不受砼自重,载荷较小,因此对其强度分析时只考虑顶模。
在衬砌时的混凝土自重及边墙压力靠模板承受。模板的整体强度既有拱板承受又有托架及千斤支承,以保证模板工作时的绝对可靠。
台车模板沿洞轴方向看是一个圆柱壳,只不过它是由多个1.5米高的圆柱形组合而成。通过计算得知模板下的托架支承及圆弧拱板(220mm宽,12mm厚)的刚度是足够的,而顶模最危险处应在最顶部(由于灌注时的压力)。因此,其力学模型可取最顶部2米长度、1.5米宽的这部分模板进行受力分析及强度校核,其受力简图如图1。
图1、分析部分受力简图 图2、梁单元结构受力简图
该部分载荷由两部分组成,一是砼的自重;二是注浆口封口时产生的较大挤压力,该值的取值是一个不确定的,它与灌注封口时的操作有极大关系。如果混凝土已经灌满,而操作人员仍然由输送泵输送混凝土,由于输送泵的理论出口压力(36.5kg/cm)很大,就有可能造成模板的变形破坏。由于输送管的长度及高度的变化,注浆口接口处压力实际有多大,目前没有理论及实验验证的数据可供参考。据此情况,操作者就必须及时掌握和控制灌注情况,根据操作经验判定已经灌满,并及时停止输送。
2
1、分析部分的混凝土自重P1
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如图1,分析部分的长为2米,宽为1.5米,混凝土厚为0.8m,其密度为2.45t/m,则混凝土自重W=2×1.5×0.8×2.45=5.88(t)。折算成单位面载荷P1=5.88/(2×1.5)=1.96t/m。
2、分析部分的挤压面载荷P2
该值取为4.7t/m,参考自日本歧阜工业公司提供的参数[1]。那么,这部分模板就受到P1与P2的作用,两部分的合力P=P1+P2=1.96+4.7=6.66t/m。
3、模板的弯曲应力
由于模板的内表面每隔250mm有一根加强角钢,因此,我们可以把它简化成每隔250mm的梁单元来考虑。将宽度为250mm的模板所受到的载荷折算成梁上线载荷。这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[2]中97页),即250×0.3=75 mm,偏于安全。 根据上述模板所受的面载荷为6.66t/m,那么在250mm宽,1500 mm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1.5米长的梁上,则其线载荷q为2.5/1.5=1.7(t/m)。
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图3、梁单元的横截面
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,这是因为两边有250mm高的拱板及立柱支承。梁的横截面如图3。
为计算梁的弯曲应力,必先计算该梁横截面的形心,该截面是由75×6的角钢及150×10的组合截面,根据图示坐标系,计算组合截面形心O0的X、Y坐标。
根据[3]中附1-4组合截面形心公式计算形心的X、Y坐标。
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x=∑Aixi/∑Ai, y=∑Aiyi/∑Ai
查表可知角钢75×6的横截面积A=879.7 mm,惯性矩Ix=469500 mm。 将各值代入,则x=(150×10×75+879.7×95.7)/(1200+879.7) = 83.76 mm
y=(150×10×79+879.7×20.7)/(1200+879.7) = 54.34 mm
根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩: Ix =150×10/12+10×150×24.66+469500+879.7×33.64 =2201150.87 mm。
抗弯截面模数W1= Ix/(83-54.34) = 76802 mm。 抗弯截面模数W2= Ix/54.34 = 40507 mm。
简支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中,其值为: Mmax= ql/8 = 1.7×10×1.5/8 = 4.7×10(N.m)。 梁的最大弯曲应力σ= Mmax/W2
= 4.7×10/4.0507×10 = 116.03[Mpa]。
对A3钢,[6s]=160Mpa,所以,梁的强度通过。
4、模板的最大位移
梁单元的最大变形量,即模板的最大位移。
根据公式[4]1-114中对应的受均布载荷简支梁的位移公式:
fmax= 5ql/384EI
式中,E-弹性模量,E=2.1×10 Mpa; I-截面的惯性矩,I=2.2 ×10m; q-梁受到的均布载荷, q=1.67 ×10 N; l-梁的长度,l=1.5 m;
将各值代入上式:
fmax = 5×1.67 ×10×1.5/(384×2.1×10×2.2 ×10) = 0.0024 m = 2.4 mm。
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-6 4
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即模板的最大变形为2.4mm。
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通过上述的分析计算可知,整个模板的强度及刚度是足够的。
参考文献:
[1]、《隧道施工机械简明手册》第一册,铁道部隧道工程局,1984; [2]、《弹性和塑性力学中的有限单元法》,机械工业出版社,1988; [3]、《材料力学》,人民教育出版社,1983;
[4]、《机械设计手册》第三版,化学工业出版社,1994;
广汉金达隧道机械有限公司 2011年01月25日
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