二衬台车内力计算书

二衬台车内力计算书

一、隧道二衬台车基本概况

本隧道二衬台车模板长度为10.5米。模板采用1.05米宽的整块钢板经过冷弯拼接而成，故隧道二衬脱模后混凝土表面光滑平整，拼缝小，外观漂亮。同时施工时大大减少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入模板，混凝土的自重和及边强压力靠模板来支承。模板的整体刚度和强度由拱板、托架、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，其受力条件要比其他部位的模板更加复杂，受力更大，结构要求更高。由于边模与顶模的结构构造基本相同，而边模板一般受到混凝土的自重很小，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。 二、隧道二衬台车模板受力验算

二衬台车模板用宽1.05米、厚10毫米的整块钢板经过冷弯拼接而成，从台

车的轴线方向看是一个圆柱壳体状，由10个1.05米长的圆柱壳体拼接而成，通过计算可知模板下的托架支承以及弧形拱板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的最顶部2米宽度、1.05米长度建立力学模型，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1所示。该模板厚10mm，背筋采用中心间距300mm的10#加强槽钢。

如图1所示，建立力学模型的这部分模板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，而操作人员依然泵混凝土，混凝土输送泵的理论出口压力（36.5kg/cm）很大，就有可能造成模板的严重变形。由于输送管的长度和高度的变化，泵送接口处的压力实际有多大，目前没有理论和实验验证的数据可提供参考。因此，操作人员必须及时掌握和控制泵送过程，随时观察灌注情况，根据操作经验判断是否灌满，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2米宽度、1.05米长度、0.9米厚度（本标段二衬砼最大设计厚度50cm）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,则混凝土自重为W:

W=2×1.05×0.9×2.45=4.63（t） 折算成单位面荷载P1：

P1=4.63÷（2×2.1）=1.105(t/㎡) 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荷载P2

参自日本岐阜工业公司提供的参数[2],该取值为P2=4.7（t/㎡）。 3、

建立力学模型部分的总荷载P：

P=P1+P2=1.105+4.7=5.805（t/㎡） 4、

模板的弯曲能力

由于模板的内表面每隔250mm有一道背筋（加强槽钢10#），因此我们把它简化成间隔250mm的梁单元来考虑。将宽度250mm的模板所受到的荷载折算成梁上均布荷载。其翼缘板的宽度取它与之相邻筋板间距的30％（参考【3】中的97页），即250×0.3=75mm，偏于安全。

根据上述模板所受的面荷载为5.805（t/㎡），在250mm宽、1050mm长的面积上所受到的荷载为5.91×0.25×1.05=1.55（t），将此荷载作用到1.05m长的梁上，则其均布荷载q=1.55÷1.05=1.47（t/m）。如果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。梁的截面如图3所示。

为计算梁的弯曲应力，必须先计算梁的横断面的截面的形心，该截面是由10#槽钢及150×10mm的矩形组合截面。根据图示坐标系，计算组合截面形心Oo的x、y坐标。

根据[4]中附1-4组合截面形心公式计算形心x、y坐标。

X=∑AiXi/∑Ai, Y=∑AiYi/∑Ai

查表可知10#槽钢的横截面积A=1274mm2,

惯性矩 Ix=1983000mm4

将各式代入，则：

X=（150×10×102+1274×103.8）÷（1500+1274）

=102.8mm

Y=（150×10×80.3+1274×28.8）÷（1500+1274） =56.6mm

根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩Ix： Ix=150×102/12+10×150×19.72+1983000+1274×24.62 =3337383 mm4

抗弯截面模数W1=Ix/（102.8-56.6）=72237.7mm3 抗弯截面模数W2=Ix/56.6=35035 mm3

简支梁受到均布荷载作用下的最大弯矩位于跨中，其值为： Mmax=q12/10=1.67×104×1.52/10=3.75×103（N.m） 梁的最大弯曲应力δ= Mmax/ W2=107[Mpa]

对于A3钢，┃δ┃=160[Mpa]，所以，梁的强度满足要求。 5、

模板的最大位移

梁单元的最大变形量，就是模板的最大位移。

根据公式【5】1-114中对应的受均布荷载简支梁的位移公式： fmax=5ql4/384EI

式中：E---弹性模量 E=2.1×105Mpa I---截面的惯性矩 I=2.2×10-6m4

q---梁受到的均布荷载 1.47×10N

4

l—梁的长度 L=1.05m 将以上各值代入：

fmax=5×1.47×104×1.054/(384×2.1×1011×2.2×10-6) =0.0005m=0.5mm

即：模板的最大变形量为0.5mm

查《公路工程质量检验评定标准》JFGF80/1-2004可知，用 2m尺检查平整度允许值为20 mm，远大于0.5mm，故模板刚 度满足要求。

通过以上的受力验算可知，本标段隧道二衬台车模板（钢板厚10mm，背筋采用中心间距300mm的10#加强槽钢）强度和刚度是足够的。

参考文献

〖1〗《路桥施工计算手册》，人民出版社 2002

〖2〗《隧道施工机械简明手册》，铁道部隧道工程局 1984 〖3〗《弹性与塑性力学中的有限元法》，机械工业出版社1988 〖4〗《材料力学》，人民教育出版社1983

〖5〗《机械设计手册》第三版，化学工业出版社1994 〖6〗《公路工程质量检验评定标准》JFGF80/1-2004

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/urpx.html