模板台车设计计算书概诉.docx

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模板台车设计计算书概诉

隧道衬砌台车设计

计算书

中煤第三建设（集团）有限责任公司

二O一二年四月二十七日

隧道衬砌台车设计计算书

一、台车系统结构概述

本台车适用于中煤第三建设（集团）有限责任公司，大连市地铁2号线工程项目，湾家站至红旗西路站区间、红旗西路至南松路区间隧道衬砌的模筑混凝土施工。

台车系统由模板系统、门架支撑系统、电液控制系统组成。

支收模采用液压控制，行走采用电动自动行走系统。

模板结构：

台车模板长度为9m，共5榀支撑门架，门架间距为2.05m；上上纵连梁3根，单侧支撑连梁4根（结构见台车设计图）。

面板Q235，t=10mm钢板；

连接法兰－12*220钢板；

背肋，[12#槽钢，间距300mm；

门架采用H2940*200*8*12型钢；

底梁采用H482*300*11*15型钢；

上纵连梁采用H200*200*8*12型钢；

侧面模板支撑连梁采用双拼[16a#槽钢。

顶升油缸4个，侧向油缸4个，平移油缸2个；行走系统为两组主动轮系和两组被动轮系组成。

电液控制系统一套。

二、设计计算依据资料

1、甲方提供的台车性能要求及工况资料、区间断面图纸；

2、《钢结构设计规范（GB50017—2003）》

3、《模板工程技术规范（GB50113—2005）》

4、《结构设计原理》

5、《铁路桥涵施工规范（TB10230—2002）》

6、《钢结构设计与制作安装规程》

7、《现代模板工程》

三、结构计算方法与原则

台车的主受力部件为龙门架、底粱、上部纵联H钢及钢模板，只需进行抗弯强度或刚度校核。

根据衬砌台车结构形式，各主要受力部件均不需要进行剪切强度校核和稳定性校核。

四、计算荷载值确定依据

泵送混凝土施工方式以20立方米/小时计。

混凝土初凝时间为t=4.5小时。

振动设备为50插入式振动棒和高频附着式振动器。

混凝土比重值取r=2.4t/m3＝24kN/m3;

坍落度16—20cm。

荷载检算理论依据；以《模板工程技术规范（GB50113—2005）》中附录A执行。

钢材容许应力（单位；N/mm2）

牌号

厚度或直径（mm）

抗拉，抗压和抗弯f

抗剪fv

端面承压

fce

Q235钢

≤16

215

125

325

>16～40

205

120

>40～60

200

115

>60～100

190

110

Q345钢

≤16

310

180

400

>16～35

295

170

>35～50

265

155

>50～100

250

145

五、衬砌台车载荷计算：

台车长度L＝9m，衬砌厚度为0.3m。

1、浇筑时混凝土温度取T=10℃，泵送混凝土按20m3/h计算,由隧道断面衬砌厚度及衬砌台车总图,可计算出每小时衬砌高度，即浇注速度。

V=20/（9*2*0.3）=3.7m/h。

可求出新浇混凝土对模板单位面积的侧压力：

Pmax1=0.22*r*t*β*V1/2

β—混凝土坍落度影响系数，当坍落度≥11cm时，

取β=1.15；

t—混凝土初凝时间，一般t＝200/（T+15），实际混凝土初凝时间在5小时左右；

Pmax1=0.22*r*t*β*V1/2

=0.22*24*5*1.15*3.71/2=58kN/m2

2、施工荷载按《模板工程技术规范（GB500113—2005）》中取定（不计算风，雪荷载）。

Ps=2KN/m2

总荷载Pmax=58+2=60kN/m2

安全系数取k=1.2，得

P=1.2*60kN/m2=72kN/m2

六、模板的强度与挠度验算

1、面板验算，取模板的最大侧压力P=72kN/m2

强度验算

面板为10mm厚钢板，肋板间距300，取1mm板条作为计算单元，荷载为：

q=0.072×1=0.072N/mm

面板的截面系数：

W=1/6·b·h2=1/6×1×102=16.7mm3

I=1/12·b·h3=1/12×1×103=83.3mm4

Max=qL2/8=0.072×3002/8=810N.mm

应力为：

δmax=Max/W

=810/16.7=49N/mm2<215N/mm2

满足要求。

挠度验算

跨中的挠度

y=5qL4/（384EI）=（5*0.072×3004）/（384×2.1×105×83.3）=0.43mm<1.5mm

满足要求。

2、肋板验算

肋间距300mm，采用[12#槽钢，支撑在法兰上，法兰间距1500mm，荷载

q=0.072×300=21.6N.mm

[12#槽钢截面系数W=62×103mm3

惯性矩I=390×104mm4

肋板为简支梁。

q=21.6N/mm

1500

M=qL2/8=61×105N.mm

Max=61×105N.mm

强度验算δmax=Max/W=61×105/（62×103）

=98N/mm2<215N/mm2

满足要求。

挠度验算

跨中的挠度

y=5qL4/（384EI）

=（5*21.6×15004）/（384×2.1×105×390×104）

=1.73mm

y/L=1.73/1500=1/867<1/400。

满足要求。

3、法兰验算

法兰选用12*220钢板。

均匀外压力作用下的筒壁内力只有周向力，无弯矩。

周向力按公式N=P*R计算。

式中P——外压（N/mm2）

R——外圆半径（mm）

N=P*R=0.072*5100=367N/mm

δ=N/A

=367*（1500/2）/（12*220）=104N/mm2<215N/mm2

满足要求

七、门架验算（3D3S）

一、设计依据

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

《建筑钢结构焊接规程》（JGJ181-2002）

《钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程》（JGJ82-91）

二、计算简图

计算简图（圆表示支座，数字为节点号）

单元编号图

三、几何信息

各单元信息如下表：

单元号

截面名称

长度（m）

面积（mm2）

绕2轴

惯性矩（x104mm4）

绕3轴

惯性矩（x104mm4）

绕2轴计

算长度

系数

绕3轴计

算长度

系数

小节点

释放

大节点

释放

1

HM294X200

0.705

7303

1600

11400

4.255

1.000

---

---

2

HM294X200

2.180

7303

1600

11400

1.000

0.788

---

---

3

HM294X200

0.180

7303

1600

11400

1.000

1.000

---

---

4

双普槽12.6,B0

2.291

3138

155

777

1.000

1.000

---

---

5

双普槽12.6,B0

2.291

3138

155

777

1.000

1.000

---

---

6

HM294X200

2.180

7303

1600

11400

1.000

0.788

---

---

7

HM294X200

0.490

7303

1600

11400

1.000

0.999

---

---

8

HM294X200

0.600

7303

1600

11400

5.000

1.000

---

---

9

HM294X200

0.390

7303

1600

11400

7.692

1.000

---

---

10

热钢管89x6.0

1.800

1565

135

135

1.000

1.000

---

---

11

HM294X200

0.490

7303

1600

11400

1.000

0.999

---

---

12

HM294X200

0.180

7303

1600

11400

1.000

1.000

---

---

13

HM294X200

0.600

7303

1600

11400

5.000

1.000

---

---

14

HM294X200

0.705

7303

1600

11400

4.255

1.000

---

---

四、荷载信息

结构重要性系数：

1.00

（一）.（恒、活、风）节点、单元荷载信息

1.节点荷载

2.单元荷载

**以下为单元荷载汇总表:

单位：

力（kN）；分布力（kN/m）；弯距（kN.m）；分布弯距（kN.m/m）

第0工况单元荷载表

单元号

工况号

类型

方向

Q1

Q2

X1

X2

2

0

集中荷载

X

104.0

0.0

0.8

0.0

2

0

集中荷载

X

104.0

0.0

1.5

0.0

2

0

集中荷载

X

104.0

0.0

1.9

0.0

3

0

集中荷载

X

-104.0

0.0

0.0

0.0

6

0

集中荷载

X

-104.0

0.0

0.8

0.0

6

0

集中荷载

X

-104.0

0.0

1.5

0.0

6

0

集中荷载

X

-104.0

0.0

1.9

0.0

7

0

集中荷载

X

-104.0

0.0

0.1

0.0

8

0

集中荷载

Z

-215.0

0.0

0.3

0.0

9

0

集中荷载

Z

-215.0

0.0

0.2

0.0

11

0

集中荷载

X

104.0

0.0

0.1

0.0

12

0

集中荷载

X

104.0

0.0

0.0

0.0

13

0

集中荷载

Z

-215.0

0.0

0.3

0.0

（1）.工况号:

0

*输入荷载库中的荷载:

序号

类型

方向

Q1

Q2

X1（mm）

X2（mm）

1

集中荷载

Z

-215.0

0.0

0.3

0.0

2

集中荷载

X

104.0

0.0

0.8

0.0

3

集中荷载

X

104.0

0.0

1.5

0.0

4

集中荷载

X

104.0

0.0

1.9

0.0

5

集中荷载

X

104.0

0.0

0.1

0.0

6

集中荷载

Z

-215.0

0.0

0.2

0.0

7

集中荷载

X

104.0

0.0

0.0

0.0

8

集中荷载

X

-104.0

0.0

0.0

0.0

9

集中荷载

X

-104.0

0.0

0.8

0.0

10

集中荷载

X

-104.0

0.0

1.5

0.0

11

集中荷载

X

-104.0

0.0

1.9

0.0

12

集中荷载

X

-104.0

0.0

0.1

0.0

单元荷载分布图:

单元荷载序号1分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号2分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号3分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号4分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号5分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号6分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号7分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号8分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号9分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号10分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号11分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

单元荷载序号12分布图（实粗线表示荷载作用的单元）

**以下为单元荷载图:

单位：

力（kN）；分布力（kN/m）；弯距（kN.m）；分布弯距（kN.m/m）

第0工况单元荷载简图

（二）.其它荷载信息

（1）.地震作用

无地震

（2）.温度作用

（三）.荷载组合

（1）1.20恒载

五、内力位移计算结果

（一）.内力

1.工况内力

2.组合内力

3.最不利内力

最不利内力表（单位：

N、Q（kN）；M（kN.m）；位置（m））

单元号

名称

组合号

序号

位置

轴力N

剪力Q2

剪力Q3

弯距M2

弯距M3

N最大

1

1

0.0

-301.1

-117.9

0.0

0.0

64.7

1

M3最大

1

1

0.7

-301.1

-118.4

0.0

0.0

148.0

N最小

1

1

0.0

-301.1

-117.9

0.0

0.0

64.7

M3最小

1

1

0.0

-301.1

-117.9

0.0

0.0

64.7

N最大

1

1

2.2

-376.8

301.1

0.0

0.0

-70.5

2

M3最大

1

1

0.9

-377.7

51.5

0.0

0.0

119.8

N最小

1

1

0.0

-378.3

-73.3

0.0

0.0

60.5

M3最小

1

1

2.2

-376.8

301.1

0.0

0.0

-70.5

N最大

1

1

0.0

-390.6

124.8

0.0

0.0

1.2

3

M3最大

1

1

0.0

-390.6

124.8

0.0

0.0

1.2

N最小

1

1

0.2

-390.7

0.0

0.0

0.0

-0.0

M3最小

1

1

0.2

-390.7

0.0

0.0

0.0

-0.0

N最大

1

1

0.0

-14.7

9.1

0.0

0.0

7.8

4

M3最大

1

1

0.0

-14.7

9.1

0.0

0.0

7.8

N最小

1

1

2.3

-15.3

8.9

0.0

0.0

-12.7

M3最小

1

1

2.3

-15.3

8.9

0.0

0.0

-12.7

N最大

1

1

2.3

-14.7

-9.1

0.0

0.0

7.8

5

M3最大

1

1

2.3

-14.7

-9.1

0.0

0.0

7.8

N最小

1

1

0.0

-15.3

-8.9

0.0

0.0

-12.7

M3最小

1

1

0.0

-15.3

-8.9

0.0

0.0

-12.7

N最大

1

1

2.2

-376.8

-301.1

0.0

0.0

70.5

6

M3最大

1

1

2.2

-376.8

-301.1

0.0

0.0

70.5

N最小

1

1

0.0

-378.3

73.3

0.0

0.0

-60.5

M3最小

1

1

0.9

-377.7

-51.5

0.0

0.0

-119.8

N最大

1

1

0.0

-390.1

-60.1

0.0

0.0

-73.2

7

M3最大

1

1

0.5

-390.5

-184.9

0.0

0.0

2.4

N最小

1

1

0.5

-390.5

-184.9

0.0

0.0

2.4

M3最小

1

1

0.0

-390.1

-60.1

0.0

0.0

-73.2

N最大

1

1

0.0

0.0

258.4

0.0

0.0

77.5

8

M3最大

1

1

0.0

0.0

258.4

0.0

0.0

77.5

N最小

1

1

0.0

0.0

258.4

0.0

0.0

77.5

M3最小

1

1

0.6

0.0

-0.0

0.0

0.0

-0.0

N最大

1

1

0.0

-314.3

129.1

0.0

0.0

72.5

9

M3最大

1

1

0.0

-314.3

129.1

0.0

0.0

72.5

N最小

1

1

0.0

-314.3

129.1

0.0

0.0

72.5

M3最小

1

1

0.2

-314.3

-129.0

0.0

0.0

47.4

N最大

1

1

0.0

-309.7

0.0

0.1

1.2

0.0

10

M3最大

1

1

0.0

-309.7

0.0

0.1

1.2

0.0

N最小

1

1

0.3

-309.7

0.0

0.1

1.2

0.0

M3最小

1

1

0.0

-309.7

0.0

0.1

1.2

0.0

N最大

1

1

0.0

-390.1

60.1

0.0

0.0

73.2

11

M3最大

1

1

0.0

-390.1

60.1

0.0

0.0

73.2

N最小

1

1

0.5

-390.5

184.9

0.0

0.0

-2.4

M3最小

1

1

0.5

-390.5

184.9

0.0

0.0

-2.4

N最大

1

1

0.0

-390.6

-124.8

0.0

0.0

-1.2

12

M3最大

1

1

0.0

-390.6

0.0

0.0

0.0

0.0

N最小

1

1

0.2

-390.7

0.0

0.0

0.0

-0.0

M3最小

1

1

0.0

-390.6

-124.8

0.0

0.0

-1.2

N最大

1

1

0.0

0.0

258.4

0.0

0.0

77.5

13

M3最大

1

1

0.0

0.0

258.4

0.0

0.0

77.5

N最小

1

1

0.0

0.0

258.4

0.0

0.0

77.5

M3最小

1

1

0.6

0.0

0.0

0.0

0.0

0.0

N最大

1

1

0.1

-301.1

-118.0

0.0

0.0

71.6

14

M3最大

1

1

0.7

-301.1

-118.4

0.0

0.0

148.0

N最小

1

1

0.0

-301.1

-117.9

0.0

0.0

64.7

M3最小

1

1

0.0

-301.1

-117.9

0.0

0.0

64.7

各效应组合下最大支座反力设计值（单位：

kN、kN.m）

节点号

控制

组合号

组合

序号

Nx

Ny

Nz

Mx

My

Mz

Nx最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Ny最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Nz最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mx最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

My最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mz最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

7

合力最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Nx最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Ny最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Nz最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mx最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

My最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mz最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Nx最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Ny最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Nz最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mx最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

My最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mz最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

8

合力最大

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Nx最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Ny最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Nz最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mx最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

My最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

Mz最小

1

1

0.0

0.0

390.7

0.0

0.0

0.0

轴力N包络图（单位：

kN）

弯距M3包络图（单位：

kN.m）

4.内力统计

轴力N最大的前10个单元的内力（单位：

M,KN,KN.M）

序号

单元号

组合号

组合序

位置

轴力N

剪力Q2

剪力Q3

扭矩M

弯距M2

弯距M3

1

8

1

1

0.000

0.0

258.4

0.0

0.0

0.0

77.5

2

13

1

1

0.000

0.0

258.4

0.0

0.0

0.0

77.5

3

5

1

1

2.291

-