大湖底青良山隧道台车方案文档格式.docx
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一、概述:
大湖底隧道为双洞分离式长隧道。
隧道左线起迄里程为ZK35+002~ZK36+008,全长1006米;
隧道右线起迄里程为K35+005~K36+052,全长1047米。
施工采用进口掘进,计划衬砌台车左右洞各1套。
青良山隧道为双洞分离式长隧道。
隧道左线起迄里程为ZK36+322~ZK38+796,全长2474米;
隧道右线起迄里程为K36+315~K38+814,全长2499米。
施工采用进、出口掘进,计划衬砌台车左右洞各2套。
大湖底、青良山隧道模板加工厂家为“福建中天建工机械有限公司”和“洛阳中铁强力机械有限公司”。
根据海峡西岸经济区高速公路网漳州至永安联络线漳州华安段A6合同段大湖底、青良山隧道施工设计图及福建省高速公路施工标准化管理指南(构件具体尺寸见台车总图)。
此台车能保证边开挖边衬砌,门架净空高度和宽度能保证有轨和无轨车辆通行;
整机行走采用电机-机械驱动;
模板采用全液压操纵,利用液压缸支(收)模机械锁定。
在保证足够的刚度和强度的前提下(具体见受力分析),尽量使结构简单化以减轻重量。
在重要的钢结构方面,采用工装模具,以确保产品加工质量,产品性能良好、结构合理、衬砌质量高。
台车设计说明:
二、此台车的主要技术参数:
(1)台车类型:
液压自行式
(2)台车运行速度:
6m/min
(3)台车驱动电机功率:
2x5.5kw
(4)液压电机功率:
1x5.5kw,工作压力16MPa
(5)顶升油缸工作行程:
180mm(实际达300mm)
(6)侧向油缸工作行程:
200mm(实际达350mm)
(7)平移油缸工作行程:
±
100mm(实际达±
150mm)
(8)台车长度:
12.0m
(9)行走方式:
轨道自行式
三、台车主要结构及简述:
本台车由行走机构、台车门架、钢模板、钢模板垂直升降和侧向升缩机构、液压系统、电气控制系统等6部分组成(具体见总图)
(1)行走机构
行走机构由主动行走、被动行走两部分组成,共四套装置,分别安装于台车架两端的门架立柱下端,整机行走由两套主动行走机构完成,行走传动机构自带制动器,以保证整机在坡道上仍能安全行车。
台车采用宽大行走轮,配7518E轴承、28A链条、BWD14-43减速机以保证台车使用安全,避免了跳轨、变形、断链打滑等对衬砌施工的影响。
(2)台车门架
台车门架设计共5榀,由门架横梁、上下纵梁、门架立柱、连接梁、剪刀架等部分组成。
门架的主要结构件由钢板焊接,横梁和立柱为板焊工字钢截面,纵梁采用箱形截面焊接而成,横梁与立柱之间设有板焊工字形牛腿斜支撑。
门架的各个部件通过螺栓连为一体,门架支撑于行走轮架上,中门架下端装有基础千斤,衬砌施工时,混凝土载荷通过模板传递到5个门架上,并分别通过行走轮和基础千斤顶传递到轨道地面。
在行走状态下,螺杆应收回,门架上部前后端装有操作平台,放置液压及电器装置。
(3)模板
模板宽度为2m,为保证模板有足够的强度,面板采用10mm,同时采用L90x56x6的角钢加强,并在每件模板里增加加强立板来保证强度。
板法兰采用12mm的法兰板。
在制作过程中为保证模板外表质量和外形尺寸精度高,采用合理的加工、焊接工艺,设计并加工专用焊接胎膜,有效保证整体外形尺寸的准确度,焊接变形小,外表光滑,无凹凸等缺陷。
模板之间采用通梁固定为一体,有效控制了相邻模板的错台问题,能保证混凝土衬砌质量。
(4)液压系统
液压系统由电动机、液压泵、手动换向阀、垂直及侧向液压缸、机械锁、油箱及管路组成,其功用是快捷、方便的完成收(支)模
即顶模升降、模板平移和收支侧模。
(5)电气系统
电气系统主要对行走电机的起、停及正、反向运行进行控制,并为液压系统提供动力,行走电机设有正反转控制及过载保护。
四、台车在工程衬砌中所能达到的效果:
(1)当隧道开挖偏离中心时,可通过模板平移调整机构达到调中,满足了设计和施工要求。
(2)台车有足够的强度和刚度,在液压缸和支撑丝杆的联合作用下,能抵抗混凝土强大的垂直和侧向压力,台车不发生变形,由于各支点设计合理,有效的利用了台车自身的重量和混凝土的压力,保证了台车浇注混凝土时克服混凝土的上浮作用。
(3)工作窗口布局合理,使台车便于涂抹脱模剂方便两侧浇注混凝土和振捣作业,顶部设有注浆口,注入混凝土方便,减轻施工人员强度。
(4)每片钢模接缝严实,混凝土密实,无蜂窝、斑点错台现象发生,表面光滑、平整、美观。
五、隧道台车力学计算书:
漳永高速公路漳州华安段A6合同段隧道台车,长度为12m,模板面板厚度为10mm,模板宽度为2米/片,门架立柱、下纵梁和横梁面板及腹板厚12mm。
计算书针对台车的主要受力构件的刚度和强度进行检算,以验证台车的力学性能能否满足使用要求。
主要根据<
<
路桥施工和计算手册>
>
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;
砼的浇注速度:
2m/h;
砼入模时的温度取250C;
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;
倾倒混凝土产生的冲击载荷:
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,侧压力的计算公式为
P=kγh
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-混凝土浇注速度(m/h);
T-混凝土入模时的温度(0C);
γ-混凝土的容重(kN/m3);
K-外加剂影响修正系数,不掺外加剂时区K=1.0,掺外加剂时K=1.2;
根据已知条件:
因为v/T=2/25=0.08>
0.035,
所以h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8*0.08=1.834m
最大侧压力为:
P=1.2*24*1.834=52.8kN/m3;
检算强度时载荷设计值为:
pa=1.2*52.8+1.4*4.0=69kN/m3.
(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浇注的侧压力组成:
重力P1=γδ=24kN/m3*0.6m(最大值0.55m,按0.6m计算)=14.4kN/m2,其中δ为浇注砼的厚度。
由于圆弧坡度变小,取浇注速度为1m/h.
因为v/T=1/25=0.04>
0.035
所以h=1.53+3.8v/T=1.53+3.8*0.04=1.68m
侧压力为:
P2=kγδ=1.2*24*1.68=48.4kN/m2
P3=kγδ=1.2*48.4+1.4*4.0=63.7kN/m2
所以顶模受到的压力为Pb=P1+P2=14.4+63.7=78.1kN/m2
可知Pb>
Pa.
(4)台车的结构自重,影响不大,不计入检算载荷。
六、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,所以只需检算面板的强度和刚度是否满足要求。
面板由间距250mm的角钢支撑,因此可以简化为0.25m的简支梁,来对面板进行分析。
(1)面板验算
1)面板强度计算
面板厚度为10mm,面板受到的最大压力为
P=Pb=78.1kN/m2
面板的抗弯模量(一节模板宽2m)
w=bh2/6=(1/6)*2*0.012=3.3*10-5m3
面板所受的最大弯矩力为
I=ql2/8=(1/8)*(78.1*2)*0.252=1.22KN.m
面板受到的弯曲应力为
δ=Mmax/w=1220/(3.3*10-5)=36.6Mpa<
181Mpa
所以面板的强度满足使用要求。
2)面板的刚度计算
面板的惯性矩
I=bh3/12=2*0.013/12=2.5*10-7m4
fmax=(ql4)/(384Elx)=(78.1*103*24)/(384*2.06*1011*2.5*10-7)
=0.063<
(L/400)=0.625mm
所以面板的刚度满足要求。
(2)加强角钢检算
角钢的两端固支,受均力q2=p*0.25=19.5KN/m;
最大弯矩在跨中,M=(1/24)*ql2=19.5*22/24=3.25kN•m
加强角钢采用L90*56*6,抗弯模量查表得w=11.74*10-6m3
角钢所受的最大弯曲应力
δ=Mmax/w=3250/(11.74*10-6)=153Mpa<
角钢惯性矩查表得I=71.03*10-8m4
最大挠度
fmax=(ql4)/(384Elx)=(19.5*103*24)/(384*2.06*1011*71.03*10-8)
=2.1mm<
(L/400)=3.75mm
所以角钢的挠度满足要求。
(3)弧板检算
弧板宽260mm,材料为δ12钢板,模板连接梁最大间距为1874mm.
弧板受力模型可设为受均布力的简支梁,跨距l=1.9m,
均布力q3=pa*2/2=69kN/m
抗弯模量w=bh2/6=0.012*0.26/6=5.2*10-4m3
M=ql2/8=69*1.92/8=31.1kN•m
δ=Mmax/w=31100/(5.2*10-4)=59.8Mpa<
因此弧板的强度满足要求。
I=bh3/12=0.012*0.263/12=1.8*10-6m4
fmax=(5ql4)/(384Elx)=2.1mm<
因此弧板的刚度满足要求。
七、门架验算:
除了模板要满足受力要求,要保证台车的强度和刚度要求,门架也需要满足受力要求。
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,因此作为一个整体分析。
门架所示竖向力是由竖向千斤顶和油缸传递下来,门架宽7m,竖向力也主要是由7m范围内的模板传递下来。
12m台车总共传递的竖向力F总=78.1*12*7=6560kN,
共5榀门架,每榀门架上有4个受力点,则每个受力点传递的力为F=6560/20=328kN.
侧向力由侧模传至千斤顶,侧模高度5.777m,则F=69*12*5.777=4783kN,共有千斤20件,则每个千斤所受力为F=4783/20=239kN,
由以上分析,根据台车尺寸,得出检验模型如下:
求解得到弯矩图
(1)强度计算由弯矩图可知门架的最大弯矩发生在横梁中间,最大弯矩为421.65kN.m.对比门架横梁和立柱截面可知,该出为最危险的点。
门架横梁高H=0.6m,宽B=0.25m,起截面特性:
W=[bH3-(b-δ)h3]/6H
=[0.25*0.63-(0.25-0.012)(0.6-0.028)3]/(6*0.6)
=2.73*10-3m3
I=[bH3-(a-δ)h3]/12
=[0.25*0.63-(0.25-0.012)(0.6-0.028)3]/12
=8.2*10-4m3
强度:
δ=M/w=421.65/2.73=154Mpa<
门架横梁的强度满足要求,因此门架的强度满足要求。
(2)刚度检算
由弯矩图可知最大挠度发生在横梁中心处,该处2.5m范围内无支撑。
则以2.5m简支梁受集中力393.63kN计算。
f=(FL3)/(48EI)
=(421.65*103*2.53)/(48*2.06*1011*8.2*10-4)
=8.12*10-4m<
[L/400]=6.25*10-3m
所以门架横梁刚度满足要求。
八、下纵梁的检算:
观察台车的侧视图可知,下纵梁受门架传递向下的力,同时受到行走和基础千斤顶的支撑。
门架传递的竖向压力为F=6560/10=656kN基础千斤顶采用Ф108*8的无缝钢管,钢管截面为2.513*10-3m3,能够提供的支撑力为2.513*210=528kN。
因此下纵梁受力模型可简化为下图所示:
分析得到弯矩图
下纵梁高0.45m,宽0.45m,截面特性:
w=[bH3-(b-δ)h3]/6H
=[0.45*0.453-(0.45-0.024)(0.45-0.024)3]/(6*0.45)
=2.96*10-3m3
=[0.45*0.453-(0.45-0.024)(0.45-0.024)3]/12
=6.66*10-4m3
下纵梁弯曲应力:
δ=M/w=272.56/2.96=92Mpa<
下纵梁的强度满足要求。
最大挠度发生在下纵梁中心处,以两个基础千斤之间的间距为2.475m,受集中力656kN计算:
=(547*103*2.4753)/(48*2.06*1011*6.66*10-4)
=2.3*10-3m<
[L/400]=7.125*10-3m
所以下纵梁刚度满足要求。
九、丝杆千斤顶的计算:
丝杆千斤顶容易发生的破坏为压杆失稳,即无缝钢管受力弯曲导
致丝杆千斤顶的破坏,主要分析无缝钢管压杆的稳定性,来验证丝杆千斤顶的受力是否满足使用要求。
台车千斤顶有三种:
基础千斤顶、侧向千斤顶、竖向基础千斤顶和竖向千斤顶较短,不易发生压杆失稳,因此主要分析侧向千斤顶的压杆稳定性。
侧向丝杆的稳定性
在门架检算时,已得到侧向丝杆的所受轴力为239kN。
采用的是Ф89*6的无缝钢管,单独受力的侧向千斤顶最长工作长度为1.5m.
N/Am=239/1.734=138MPa
由长细比λ=I0/r
r=(I/A)0.5=[0.0491(0.0894-0.0774)/(π0.04452-π0.03852)]0.5
=0.029m
λ=I0/r=1.5/0.029=52,查表得:
Ф1=0.828
Ф1【δ】=0.828*210MPa=174MPa,可得N/Am<
Ф1【δ】
因此侧向千斤顶压杆稳定性满足要求。
一十、结论:
关于混凝土载荷的计算方法有多种,此次计算采用的是载荷偏大的计算方法。
力学分析过程中所有简化计算都是按照偏向于安全的计算模型计算。
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正常施工的受力要求。
一十一、方案附图:
方案一附图:
方案二附图: