钢模台车受力分析.docx
- 文档编号:9583671
- 上传时间:2023-02-05
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:286.47KB
钢模台车受力分析.docx
《钢模台车受力分析.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢模台车受力分析.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
钢模台车受力分析
中国水电集团路桥工程有限公司
渝广高速公路项目
隧道钢模台车受力
验算书
批准:
审核:
编制:
中国水电集团路桥工程有限公司
渝广高速公路总承包部土建第三分部
清平隧道、三汇隧道二衬模板受力验算书
一、概述
清平隧道、三汇隧道台车模板分顶模和左右边模,顶模受到混凝土自重、施工荷载及注浆口封口时的挤压力等荷载作用。
受力条件显然比其他部分的模板更复杂,结构要求更高,受力更大。
由于边模与顶模的结构构造一样,且边模不受砼自重,载荷较小,因此对其强度分析时,只考虑顶模。
二、设计计算主要依据
1、《机械设计手册》新版,机械工业出版社,2005:
15-9;
2、《隧道施工机械简明手册》第一册,铁道部隧道工程局,1984;
3、《水利水电工程施工组织设计手册》第五卷,中国水利水电出版社,1997:
812;
4、《施工结构计算方法与设计手册》,中国建筑工业出版社,1999:
233;
5、《起重运输机金属结构》,中国铁道出版社,1983;
6、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。
三、主要技术参数
台车门架结构受力分析按1.0m/h(考虑最大浇筑速度)浇筑速度进行,顶模按衬砌厚度800mm校核(考虑超挖厚度200mm)。
台车材料主要为Q235B,其σs=235MPa、σb=375~460MPa、[σ]=170MPa,混凝土容重Υn=2.45t/m3。
台车总体性能参数如下:
1、一个工作循环的理论衬砌长度:
12米;
2、台车门架纵向榀数:
6榀;
3、台车横移量:
左、右各100mm
4、成拱半径:
R1=5500mm(轮廓半径放大50mm);
5、台车运行速度:
8m/min;
6、液压系统工作压力:
16Mpa;
7、允许混凝土浇注速度:
≤1.0m/h;
8、混凝土初凝时间:
5h。
四、载荷分析与计算
1、边模侧压力计算:
台车在浇注边墙时,门架主要承受边模引起的侧压力,新浇混凝土对钢模板的最大侧压力F,按以下公式(见《施工结构计算方法与设计手册》)计算:
F=0.22rt0β1β2V1/2
式中 F—混凝土侧压力;
r—混凝土的比重,2.45t/m3;
t0—新浇混凝土的初凝时间(h),取5小时;
β1—外加剂影响系数,不加外加剂时取1.0;掺具有缓凝作用用的外加剂时取1.2;
β2—混凝土坍落度影响修正系数,当坍落度小于3cm时取0.85;当坍落度为5-9cm时取1.0;当坍落度为11-15cm时取1.15;
V—混凝土的浇筑速度(m/h),取1.0m/h;
将上述各值代入,F=0.22×2.45×5×1.2×1.15×1.01/2=3.72(t/m2)。
边墙的侧压力实际取为4.7t/m2,该值参考日本歧阜工业公司液压台车的计算值(见《隧道施工机械简明手册》第一册),该值较目前国内边模板的侧压力计算大些,偏于安全。
由于边模垂直度较大,可近似的视其为直边墙来进行水平载荷的计算,已知台车衬砌长度为12米,边模板高度为5.535米,则边模板水平载荷为:
2、顶模混凝土自重计算
顶部模板承受的载荷有最大开挖0.8m(含超挖厚度0.20m)时,混凝土的自重及注浆口封口时该处的挤压力,由于混凝土输送泵通过几十米的水平管和竖直管道向台车输送混凝土,与注浆口接口处的局部理论挤压力(36.5kg/cm2)较大,其他地方压力较小,因此,强度计算时,只考虑自重载荷的压力对模板的影响,这在工程计算中是可行的。
在实际设计时,顶部模板局部加强,并考虑一定的安全系数,由于上部挤压力没有确切的理论数据做参考,台车设计一般根据国外类似结构及经验加以考虑。
1、混凝土自重P1
台车在浇注顶拱时,门架主要承受顶部混凝土的自重。
顶部最大衬砌厚度0.8m(考虑超挖厚度),台车衬砌长度为12米。
衬砌时,顶部整个混凝土的自重由上部圆弧模板承受,则顶部模板受力简图如图1所示。
图1顶模板结构受力简图
图中由BEFC四点构成的阴影部分面积即为混凝土截面积,其面积由两部分组成,即由中间扇形圆环ABCD的面积S1和两边三角形BEO、FCO分别减去扇形AEO、FDO后的面积和S2组成,即:
总面积
则混凝土自重
五、校核工况分析
台车结构受力分析应考虑工作及非工作两种工况下的载荷,由于门架是主要的承重物件,必须保证有足够的强度、刚度及稳定性。
因此,强度校核时应以工作时的最大载荷为设计计算依据;非工作时,台车只有自重,结构受力较小,此种工况作为台车的行走校核及门架纵梁的强度验算,本次分析暂不考虑。
台车在衬砌工作的情况下,又分以下两种阶段:
1、阶段一:
边模浇注完成时
该阶段是指台车在浇注边模时,门架的受力情况。
在此工况下,由于混凝土还没有浇注到台车顶模处。
因此,门架主要承受模板和托架自重以及边模的侧压力,门架主要承受力为:
(1)模板和托架自重竖向载荷:
55t。
经过计算,台车模板、托架重量约为55t。
台车根据衬砌长度12米,共设计了6榀门架,中间的4榀门架承受的竖向压力比两端的门架承受的压力大,两端的门架承受的力只相当于中间一榀门架的力。
因此,单榀门架承受的最大载荷为55/5=11t,每榀门架又通过两个受力点作用于门架横梁上,因此单个受力点的力为11/2=5.5t。
(2)混凝土对边模的侧压力:
312.2t。
上述水平载荷由24个侧向支承千斤承担,而中间4组千斤承受的力是两边承受的力的2倍,因此中间4组千斤承受的力最大,则中间每组千斤承受的力为312.2/5=62.44t。
假设每组载荷由4个千斤平均承担,则每个千斤受力点的轴向载荷为62.44/4=15.61t。
2、阶段二:
顶模浇注完成时
该阶段是指台车在浇注顶模时,门架的受力情况。
在此工况下,由于边模混凝土已基本初凝,门架主要承受自重和顶部混凝土压力,不承受边模的侧压力,主要受力为:
(1)模板和托架自重竖向载荷:
55t。
(2)混凝土对顶模的压力:
221t
因此,阶段二时,两部分的竖向力合计应为55+221=276。
中间的4榀门架承受的竖向压力比两端的门架承受的压力大,两端的门架承受的力只相当于中间一榀门架的力。
因此,单榀门架承受的最大载荷为276/5=55.2t,每榀门架又通过3个受力点作用于门架横梁上,因此单个受力点的力为55.2/3=18.4t。
六、有限元分析
1、实体建模
根据设计要求,按实际结构尺寸用AutodeskInventorProfessional2012对整体门架进行三维实体建模并指定材料,门架全部采用Q235B碳钢。
该材料的性能参数见表1所示。
材料
Q235B
常规
质量密度
7.86g/cm^3
屈服强度
235MPa
极限拉伸强度
450MPa
应力
杨氏模量
220GPa
泊松比
0.275ul
切变模量
0GPa
应力热膨胀
膨胀系数
0.000012ul/c
热传导率
56W/(mK)
比热
460J/(kgc)
表1Q235B性能参数
2、分析计算
分析软件采用Inventor2012自带的ANSYS模块。
利用软件自身划分网格。
阶段一时,门架纵梁下表面为固定约束处,共2处。
阶段二时,门架纵梁下表面为和侧模千斤受力点处作为固定约束处,共10处。
将力加载到门架的相应位置处。
最后,利用ANSYS程序自动求解。
3、计算结果
(1)阶段一计算结果
整体门架有限元分析结果如图2、图3、图4、图5所示,分析结果数据见表2所示。
图2阶段一受力模型图
图3阶段一等效应力图
图4阶段一受力位移图
图5阶段一受力安全系数图
名称
最小值
最大值
体积
221595000mm^3
质量
1741.74kg
Mises等效应力
0.076197MPa
137.021MPa
位移
0mm
1.90906mm
安全系数
1.51071ul
15ul
表2阶段一分析结果
(2)阶段二计算结果
整体门架有限元分析结果如图6、图7、图8、图9所示,分析结果数据见表3所示。
图6阶段二受力模型图
图7阶段二受力等效应力图
图8阶段二受力位移图
图9阶段二受力安全系数图
名称
最小值
最大值
体积
221595000mm^3
质量
1741.74kg
Mises等效应力
0.0120348MPa
44.1016MPa
位移
0mm
0.959698mm
安全系数
4.69371ul
15ul
表3阶段二分析结果
七、结论
通过计算可知,在两种阶段下,门架的位移、应力、安全系数均满足设计要求,完全能保证台车的安全衬砌和使用。
此二衬台车可以用于清平隧道、三汇隧道的二次衬砌施工。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 台车 分析
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)