新店台车结构计算书

新店隧道台车力学计算书

福建省瑞亿机械制造有限公司

一、基本情况

沈海高速复线漳州天宝至诏安段A5合同段新店隧道台车，长度为9m。模板面板厚度为10mm，门架面板厚14mm，门架腹板厚12mm。本计算书针对台车的主要受力构件的强度和刚度进行检算，以验证台车的力学性能能否满足要求。本文主要根据《路桥施工计算手册》与《结构力学》，借助结构力学求解器来对本台车进行结构检算。 1.计算参数

砼的重力密度为：24kN/m3;砼浇筑速度：2m/h；砼入模时的温度取20℃；掺外加剂。

钢材取Q235钢，重力密度：78.5kN/m3;弹性模量为206Gpa，容许拉压应力为140Mpa，容许弯曲应力取181Mpa（1.25的提高系数）。有部分零件为45钢，容许拉压应力为210Mpa。 2.计算载荷

1）振动器产生的荷载：4.0kN/m2；或倾倒混凝土产生的冲击荷载：4.0kN/m2;二者不同时计算。

2）对侧模产生的压力

砼对侧模产生的压力主要为侧压力，侧压力计算公式为： P=kγh (1) 当v/T<0.035时，h=0.22+24.9v/T； 当v/T>0.035时，h=1.53+3.8v/T；

式中：P-新浇混凝土对模板产生的最大侧压力(kPa)； h-有效压头高度（m）； v-混凝土浇筑速度(m/h)； T-混凝土入模时的温度(℃）； γ-混凝土的容重(kN/m3);

K-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取k=1.0，掺缓凝剂作用的外加剂时k=1.2；

根据前述已知条件： 因为：v/T=2/20=0.1>0.035,

所以 h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.1=1.91m 最大测压力为：P=kγh =1.2×24×1.91=55kN/m2；

检算强度时载荷设计值为：pa=1.2×55+1.4×4.0= 71.6kN/m2； 3）砼对顶模产生的压力

砼对顶模产生的压力由砼的重力和灌注砼的测压力组成： 重力p1=γδ=24kN/m3×0.5m=12kN/m2 其中δ为浇注砼的厚度。

由于圆弧坡度变小，取灌注为1m/h。 因为：v/T=1/20=0.05>0.035

所以 h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8×0.05=1.72m

侧压力为：p2=kγh =1.2×24×1.72=49.5kN/m2 p3=1.2×49.5+1.4×4.0=65kN/m2

所以顶模受到的压力pb=p1+p2=12+65=77kN/m2

可知pb≈pa，顶模和侧模受到的压力相当。

4)结构自重，影响不大，不计入检算载荷。 二、 侧模和顶模的检算

通过对侧模和顶模的面板和弧板的强度和刚度检算，来验证台车模板的强度和刚度是否满足受力要求。侧模面板和顶模面板的支撑结构相同，因为顶模面板受混凝土重力作用所受压力略大，所以只需检算顶模面板的强度和刚度是否能满足要求。面板由间距为25cm的角钢支撑，因此可简化为跨度为0.25m的简支梁，来对面板进行分析。

2.1面板检算 a 面板强度计算

面板为厚度为10mm，面板受到的最大压力为

p=pb=77kN/m2 面板的抗弯模量

w=bh2/6=(1/6)×1.5×0.0102=2.5×10-5m3 面板所受的最大弯矩为

Mmax=ql2/8=(1/8)×(77×1.5)×0.252=0.90kN·m 面板受到的弯曲应力为

?= Mmax/w=900/(2.5×10-5)=36MPa<[?]=181Mpa 所以面板的强度满足要求。

b 面板的刚度计算

面板的惯性矩

I=bh3/12=1.5×0.0103/12=12.5×10-8m4

ql477?103?2?0.254fmax???0.051mm??l400??0.625mm 11?8384EIx384?2.06?10?12.5?10

??所以面板的刚度满足要求。 2.2 加强角钢检算

角钢两端固支，受均布力q2=p×0.25=77×0.25=19.25kN/m 最大弯矩在跨中，M=(1/24)×ql2=19.25×1.52/24=1.80kN·m 加强角钢采用∠90×56×6,抗弯模量查表得w=11.74×10-6m3 角钢所受最大弯曲应力

?= Mmax/w=1.8×103/(11.74×10-6)=153MPa<[?]=181Mpa 惯性矩查表得 I=71.03×10-8m4 最大挠度

ql419.25?103?1.54fmax???1.7mm??l400??5mm 11?8384EIx384?2.06?10?71.03?10??2.3 弧板检算

弧板宽280，材料为δ12钢板，模板连接梁最大间距1850mm。 弧板受力模型可设为受均布力的简支梁，跨距l=1.85m 均布力q3=pa×1.5/2=71.6×1.5/2=53.7kN/m（有2片弧板，所以除2）

抗弯模量w=bh2/6=0.012×0.282/6=1.57×10-4m3 M=ql2/8=53.7×1.852/8=23kN·m

?= Mmax/w=23×103/(1.57×10-4)=146MPa<[?]=181Mpa I=bh3/12=0.012×0.283/12=2.2×10-5m4

5ql45?53.7?103?1.854 fmax???1.8mm??l400??4.5mm

384EIx384?2.06?1011?2.2?10?5??三、门架检算

除了模板满足受力要求，要保证台车的强度和稳定性，门架也需满足受力要求。因此有必要对门架进行受力分析。门架横梁与门架立柱之间用螺栓紧固，不仅传递集中力而且传递弯矩，因此作为一个整体的分析。

门架所示竖向力是由竖向千斤和油缸传递下来，门架宽7m，竖向力也主要是由7m范围内的模板传递下来。9m台车总共传递的竖向力为F总=77kN/m2×9m×7m=4851kN，共4榀门架，每榀门架有3个竖向受力点，则每个受力点传递的力F=4851/12=404kN。

侧向力由侧模传至千斤，侧模高度5.5m，则F=71.6kN/m2×9m×5.5m=3544kN，共有千斤数量16件，则每个千斤传递的侧向力F=3544/16=222kN。

由以上分析，根据台车门架尺寸，得出检算模型如下图所示

4044044042226( 5 )5( 6 )7( 7 )8( 8 )9222( 4 )( 9 )222222410( 3 )( 10 )222222( 2 )32( 1 )1( 11 )1112( 12 )13

求解得到弯矩图

-110.90-110.90-110.906( 5 )-37.165-37.16( 6 )7( 7 )8( 8 )-110.90-37.169-37.16( 4 )414.30414.30( 9 )181.48181.484181.48181.4810( 3 )( 10 )88.4788.47( 2 )358.4458.442( 1 )188.4788.47( 11 )1158.4458.4412( 12 )13

x3.1强度检算

由弯矩图可知门架最大弯矩发生在横梁中心，对比门架横梁和立柱截面可知，该处也是最危险的点。门架横梁高H=0.6m，宽b=0.25m其截面特性

bH3??b???h30.25?0.63??0.25?0.012??0.6?0.028?w???2.63?10?3m36H6?0.63bH3??a???h30.25?0.63??0.25?0.012??0.6?0.028?I???0.79?10?3m3 12123强度：?=M/w=414/2.63=157Mpa<[?]=181Mpa

门架横梁的强度满足要求，因此门架的强度满足受力要求。 3.2刚度检算

由弯矩图可知最大挠度发生在副横梁中心处，该处3.4m范围内无支撑。则以3.4米简支梁受集中力404kN计算。

FL3404?103?3.43?6?3f???2?10m?[L/400]?8.5?10m 11?348EI48?2.06?10?0.79?10 所以门架横梁刚度满足要求。 四、下纵梁的检算

观察台车侧视图可知，下纵梁受门架传递的向下的力，同时受到行走和基础千斤的支撑。门架传递的竖向压力为F=4851/8=606kN。基础斤采用的是Φ108δ8的无缝钢管（45钢），钢管截面积为2.513×10-3m2，能够提供的支撑力为F=2.513×210=528kN。

因此下纵梁受力模型可简化为下图所示

6066066066061( 1 )2( 2 )3( 3 )4528528

分析得到弯矩图

( 1 )( 2 )( 3 )1234210.60210.60210.60

下纵梁梁高0.5m，宽0.5m，截面特性：

bH3??b???h30.5?0.53??0.5?0.024??0.5?0.028?w???4.15?10?3m36H6?0.53xbH3??a???h30.5?0.53??0.5?0.024??0.5?0.028?I???1.04?10?3m3

12123下纵梁弯曲应力：

?=M/w=211/4.15=50.8Mpa<[?]=181Mpa

最大挠度发生在下纵梁中心处，以两个基础千斤间距离3m，受集中力606计算：

FL3606?33?4?3f???5.3?10m?[L/400]?7.5?10m 11?348EI48?2.06?10?1.04?10五、丝杆千斤的检算

丝杆千斤容易发生的破坏为压杆失稳，即无缝钢管受力弯曲导致丝杆千斤的破坏。本节主要分析无缝钢管压杆的稳定性，来验证丝杆千斤的受力是否满足要求。台车千斤有三种：基础千斤，竖向千斤和侧向千斤。基础千斤较短，工作长度仅为500，不易发生压杆失稳，因此主要分析竖向千斤和侧向千斤的压杆稳定性。 5.1 竖向千斤的稳定性

采用的是Φ108δ8的无缝钢管，工作长度约为0.8m，每个竖向千斤受力为F1=404kN。

根据《路桥施工计算手册》第12章1.2节表12-2 轴心受压稳定性计算公式为 N/Am≤φ1[σ] N/Am=404/2.2=183MPa 由长细比λ=l0/r

r=(I/A)0.5=[0.0491(.1084-.0964)/(π0.0542-π0.0482]0.5=0.036m

λ=l0/r=0.8/0.036=22，查表得φ1=0.9 φ1[σ]=0.9×210=189，可得N/Am≤φ1[σ] 因此竖向千斤压杆稳定性满足要求。 5.2侧向千斤的稳定性

在门架检算时，已得到侧向千斤所受轴力为222KN。采用的是Φ89δ6的无缝钢管，单独受力的侧向千斤最长工作长度为162m。

N/Am=222/1.734=128MPa 由长细比λ=l0/r

r=(I/A)0.5=[0.0491(.0894-.0774)/(π0.04452-π0.03852]0.5=0.029m λ=l0/r=1.62/0.029=55.8，查表得φ1=0.804 φ1[σ]=0.804×210=169，可得N/Am≤φ1[σ] 因此侧向千斤压杆稳定性满足要求。 六、总结

台车的所受的混凝土压力是以最大情况来设定的，以上力学分析过程中所采用的受力模型均采用结果偏于安全的简化方法计算。本文分析了台车的主要受力部件和容易破坏的部位，经过以上分析，各个部件均能够满足受力要求，因此本台车能够满足施工的受力要求。

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