台车模板受力分析

台车模板受力分析

台车模板分顶模、左右边摸，由于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的作用，其受力条件显然比其他部位的模板更复杂、受力更大、结构要求更高。由于边摸与顶模的结构构造一样，边摸不受砼自重，荷载较小，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变强压力靠模板承受。模板的整体强度既有拱板承受又有托架及千斤支撑，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1.5m 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分析及强度校核，其受力见图如图1。

q

A B

M图Q m ax M m ax

Q图

m ax

图1、分析部分手里简图 图2、梁单元结构受力简图

该部分荷载由两部分组成，一是砼的自重；二是注浆口封口时产生的较大的挤压力，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的关系。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/cm²）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变化，注浆口接口处压力实际有多大，目前没有理论及实验的数据可供参考。据此情况，操作者就必须及时掌握和控制关注情况，根据操作经验判断已经灌满，并及时停止输送。

1、 分析部分混凝土自重P 1

如图1，分析部分的长度为2米，宽为1.5米，混凝土厚为1.0米，其密度为2.45t/m3, 则混凝土自重W=2×1.5×1.0×2.45=7.35（t ）。折算成单位面荷载P 1=7.35/（2×1.5）=2.45t/m2。

2、分析部分的挤压面荷载P 2

该值取为4.7t/㎡，参考自日本岐阜工业公司提供的参数[1]。那么这部分模板就受到P 1与 P 2的作用，两部分的合力P=P1+P2=2.45+4.7=7.15 t/m2。

3、模板的弯曲应力

由于模板内表每隔250mm 有一根加强角钢，因此，我们可以把他简化成每隔250mm 的梁单元来考虑。将宽度为250mm 的模板受到的载荷折算成梁上的线载荷。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=75mm，偏于安全。

根据上述模板所受的载荷为7.15 t/m2，那么在250mm 宽，长1500mm 长的面积上所受的载荷为7.15×0.25×1.5=2.68（t ），将此荷载作用在1,5米长的梁上，则其线载荷q 为2.68/1.5=1.79（t/m）。

图三、梁单元的横截面

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3。

为计算梁的弯曲应力，比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O 0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。 x=∑A i x i /∑A i , y=∑A i y i /∑A i

表差可知角钢75×6的横截面积A=879.7mm²，惯性矩I x =469500mm4。 将各值代入，则x=（150×10×75＋879.7×95.7）/（1200+879.7） =94.57mm

Y=（150×10×75＋879.7×20.7）/（1200+879.7） =62.85mm

根据组合截面的平行移轴公式计算组合截面的惯性矩：

I x =150×8³/12+8×150×24.66²+469500+879.7×33.64²

=2201150.87mm4.

抗弯截面模数W 1= Ix /(83-54.34)=76802mm3。

抗弯截面模数W 2= Ix /54.34=40507mm3。

简支梁受到均布载荷作用下的最大弯矩位于跨中i ，其值为： M max =ql2/8=1.79×104×1.52/8=5.01×103（N ·m ）。

梁的最大弯曲应力σ= Mmax / W2

=5.01×103/4.0507×10-5

=123.7[Mpa]。

对A3钢，[6s]=160Mpa,所以量的强度通过。

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： f max =5ql4/384EI

式中，E —弹性模量，E=2.1×105Mpa ；

I —截面的惯性矩，I=2.2×10-6m 4；

q —梁受到的均布载荷，q=1.79×104N ；

l —梁的长度，l=1.5m;

将各值代入上式：

f max =5×1.79×104×1.54/（384×2.1×10112.2×10-6） =0.0025m=2.5mm。

即模板的最大变形为2.5mm 。

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 2012年02月21日

声明：广汉金达隧道机械有限公司保留产品最终解释权或修改还权。