9米三线砌台车计算资料要点

沈海复线高速公路莆田段A4标胡峰隧道

二衬台车实施方案

1、工程概况及台车简介

沈海复线高速公路莆田段A4合同段胡峰隧道左洞长963 m（里程桩号为：ZK90+268～ZK91+231），右洞长967 m（里程桩号为：YK90+273～YK91+240），隧道进口位于直线段内，出口位于平曲线范围内，左右曲线半径分别为R=900m和R=970m。两洞均位于曲线上，且最小曲线半径为R=900m。设计为双向3车道分离式隧道，设计时速为80Km/h。我部根据隧道实际情况，且两洞均位于曲线上，且曲线半径不大，决定采用2台9m长的二衬台车。

我部和台车厂家（福建省中天建工机械制造有限公司）根据隧道设计断面图和施工要求提出了具体方案（具体见台车设计图）。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，采用专用工装模具，确保产品加工质量，产品性能良好、结构合理、衬砌质量高。

二、台车的主要技术参数（整机外形尺寸见台车设计图）

（1）

台车模板厚度：12mm

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（2）台车重量及每延米重量：82吨，9.1吨/m （3）台车类型：液压自行式 （4）台车运行速度：8m/min （5）驱动电机功率：2X5.5KW

（6）液压电机功率：1X5.5KW,工作压力12MPa (7)顶升油缸工作行程：250mm(实际达200mm) (8)侧向油缸工作行程：320mm(实际达250mm) （9）平移油缸工作行程：±100mm(实际达±100mm) （10）一次衬砌长度：9m （11）行走方式：轨道自行式

三、主要结构及简述

台车由行走机构、台车门架、钢模板、钢模板垂直升降和侧向伸缩机构、液压系统、电气控制系统6部分组成。 （1）行走机构

行走机构由主动、被动两部分组成，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，行走传动机构带由液压推杆制动器，以保证整机在坡道上仍能安全驻车。采用宽大行走轮，配32316轴承、20A链条、WX-6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4榀，由门架横梁、上下纵梁、门架立柱、连接梁、剪刀架等部件组成。架体面板厚12mm，腹板厚12mm能够保证足够强度。门架立柱采用三角立柱结构，这样不仅加强力立柱的强度阻止立柱向内弯曲，还加强立柱与门架横梁的接触面，减小门架横梁跨度，极大的减少了门架横梁的受力。门架的各个部件通过螺栓联为一体，两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4个门架上，并分别通过行走轮和基础千斤传至轨道地面。在行走状态下，螺杆应缩回，门架上部前段装有操作平台，放置液压及电气装置。 （3）模板

模板宽度为1.8M，为保证模板有足够的强度，面板采用12mm,并在每件模板里增加加强立板来保证强度，小曲墙一次成型，保证了降低衬砌劳动强度和提高工作效率和衬砌美观。在制作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，设计并加工专用拼装焊接胎模，有效保证整体外形尺寸的准确度，焊接变形小，外表面

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光滑，无凹凸等缺陷。采用过盈配合的稳定销将相邻模板的连接板固定为一体，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

由电动机、液压泵、手动换向阀、垂直及侧向液压缸、液压锁、油箱及管路组成，其功用是快捷、方便的完成收（支）模，即顶模升降和支撑侧模。

四、台车在工程衬砌所能达到的效果：

（1）当隧道开挖偏离中心时，可通过台车的模板调整机构达到调中，能够满足设计和施工要求。

（2）台车由足够的强度和刚度，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，由于各支点设计布局合理，有效的利用了台车自身的重量和混凝土重量的压力，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，顶部设有注料口，注入混凝土方便，减轻了施工人员的劳动强度。

（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、胡峰隧道台车力学计算

(一)、计算依据

沈海复线仙游（福州界）至南安金淘高速莆田段A4合同段胡峰隧道台车，长度为9m。模板面板厚度为12mm，门架面板厚12mm，门架腹板厚12mm。本计算书针对台车的主要受力构件的强度和刚度进行检算，以验证台车的力学性能能否满足要求。本文主要根据《路桥施工计算手册》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模板简算

1.1.1 面板

侧模板验算

1.恒载

采用内部振捣工艺，计算公式：下式计算取较小值。 P=rcH

P=0.22rctoß1ß2V1/2

式中：P-新浇注混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）。 rc-混凝土密度。

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to-新浇混凝土的初凝时间。 V-混凝土的浇注速度。

H-混过凝土侧压力计算处至混凝土顶面高度。

ß1-外加剂影响修正系数，掺缓凝剂时取1.2，否则取1.0。

ß2-塌落度影响修正系数，当塌落度为50-90mm时，取1.0；当塌落度为110-150mm时，取1.15。

已知rc=25KN/m3 ,H=7.6m , to=5m , ß1=1.0 , ß2=1.15 ，V=3.0m/h 据上式计算得：

P1= rcH=25×7.6=190KN/m2

P2=0.22rctoß1ß2V1/2=0.22×25×5×1.0×1.15×31/2=.8KN/m2 取P=.8KN/m2

2.动载

振捣混凝土时产生的荷载取4KN/m2，倾倒混凝土产生的荷载2KN/m2。

3.侧模承载组合

F=1.2P恒+1.4 P活=1.2×.8+1.4×（4+2）=74.16 KN/m2

4.模板挠度验算

根据四边简支板计算，竖内楞（加强筋）采用δ=12,间距为800mm，横向内楞用角钢75*50*6、间距为250mm，面板采用δ=12mm，板与板之间采用δ=12mm的边筋，螺栓连接。

ω=Kω*ql4/βc ，βc=Eh3/12(1-V)

式中：Kω-计算系数，lx/ly=1.0,查表Kω=0.00406 q-模板上作用的均布荷载 ，计算得q=74.16 KN/m2 E-钢板的弹性模量，查得E=2.1×108 KN/m2 V-钢板的泊松比， 查得V=0.3 h-钢板的厚度， 采用h=12mm 按上式求得： βc=Eh3/12(1-V)=43.2

ω=Kω*ql4/βc=1mm≤[ω]满足要求

5.模板的强度验算

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бmax=Mmax/ω≤[б] Mmax=Kωql2 ω=1/6*bh2

式中：Mmax-板中心的最大弯矩 ω-板的截面模量

Kω-弯矩的计算系数，查表Kω=0.0368 q-板上作用的均布荷载，计算得q=74.16 KN/m2 l-板的矩边长，取l=0.5m b-板的计算宽度，取b=1.8m h-板的厚度，取h=1.2x10-2m 按上式求得：

бmax=Mmax/ω= 6Kωql2/ bh2=1.58×104KN/m2＜＜ [б]=2.1×105 KN/m2，满足要求

1.1.2 内楞（加强肋）验算 1.内楞柱的验算

根据下图受力定性分析：竖向内楞受力最不利，故取其中一根来验算，其受力计算按四等跨连续梁计算。 ω=Kω*ql4/100EI

式中：Kω-计算挠度系数，查表Kω=0.632

q-内楞上作用的均布荷载，计算得q=74.16 KN/m2 l-内楞计算跨度，l=0.8m

E-内楞弹性模量，E=2.1×108 KN/m2 I-内楞惯性矩，I=4.33×10-6 m4 按上式计算得：

ω=Kω*ql4/100EI=0.632×74.16×0.41/100×2.1×4.33×102=19.2/90930=0.2mm≤[ω]满足要求 2.内楞强度计算

бmax=Mmax/ω，Mmax=Kωql2 式中：Mmax-跨中最大弯矩

Kω-最大弯矩计算系数，查表Kω=0.077

q-内楞上作用的均布荷载，计算得q=74.16 KN/m2 l-内楞计算跨度，l=0.8m

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ω-内楞截面矩，查表ω=72×10-6m3， δ12 按上式计算得：

бmax=Mmax/ω=Kω*ql2/ω=0.077×74.16×0./72×10-6=5.1×104 KN/m2＜＜[б]=2.1×105满足 计算图

0.50.80.50.50.50.50.50.50.5Aq1.0 δ12[]16

1.1.3 内楞（正梁）验算

为简化计算按均布力计算 如图：

qRaRb

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ω=5ql4/384EI

式中：q-外楞上作用的均布荷载，计算得q=74.16 KN/m2

l-外楞计算跨度，l=1.8m

E-内楞弹性模量，E=2.1×108 KN/m2 I-内楞惯性矩，I=5.695×10-5 m4 计算得：

ω=5ql4/384EI=5×74.16×10.5/384×2.1×108×5.695×10-5=0.85mm满足要求

1.2 顶模验算 1.2.1面板验算 1.荷载计算

根据隧身断面定性分析：（在顶模与边模铰接处台车受力较薄弱） 恒载：P1=2.5×0.8×1.8×12.65=455KN, 则q1=253KN/m 活载：P2=(4+2+2)×1×2=16KN, 则q2=16KN/m 恒载与活载组合：P=1.2P1+1.4P2=326Kn, 则q=326KN/m2

2.面板挠度验算

根据四边简支板计算，竖内楞（加强筋）采用δ=12,间距为800mm，横向内楞用角钢75*50*6、间距为250mm，面板采用δ=12mm，板与板之间采用δ=12mm的边筋，螺栓连接。根据：

ω=Kω*ql4/βc ，βc=Eh3/12(1-V)

式中：Kω-计算系数，lx/ly=1.0,查表Kω=0.00406 q-模板上作用的均布荷载 ，计算得q=326KN/m E-钢板的弹性模量，查得E=2.1×108 KN/m2 V-钢板的泊松比， 查得V=0.3 h-钢板的厚度， 采用h=12×10-3m 按上式求得： βc=Eh3/12(1-V)=43.2

ω=Kω*ql4/βc=0.3mm≤[ω]满足要求

1.2.2 内楞验算

根据结构设计图，内楞受力面图

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如图：

q=3261.8

按四等跨连续梁验算

内楞挠度验算：ω=Kω*ql4/100EI

式中：Kω-计算挠度系数，查表Kω1=0.632，Kω2=0.967

q-内楞上作用的均布荷载，计算得q1=253 KN/m2，q2=16KN/m2 l-内楞计算跨度，l=0.8m

E-内楞弹性模量，E=2.1×108 KN/m2 I-内楞惯性矩，I=4.33×10-6 m4， 按上式计算得：

ω=Kω1*ql4/100EI+ Kω2*ql4/100EI =0.632×253×0.41/100×2.1×4.33×102+0.967×16×0.41/100×2.1×4.33×102=1 mm≤[ω]满足要求

1.2.3外楞验算

为简化计算按均布荷载，计算简图 如图

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q=3261.8

ω=5ql4/384EI

式中：q-外楞上作用的均布荷载，计算得q=326KN/m2

l-外楞计算跨度，l=1.8m

E-内楞弹性模量，E=2.1×108 KN/m2 I-

内楞惯性矩，I=4.33×10-6 m4 计算得：

ω=5ql4/384EI=5×328×10.5/384×2.1×108×4.33×10-5=5mm

1.4 压杆验算 1.4.1顶模压杆验算

根据隧道衬砌台车设计图可定性分析最大单杆受力

混凝土自重：P1=12.65×0.8×9×2.5=2277kN 模板自重：P2=470 KN

P=1.2ΣP+1.4P活=1.2×（P1 +P2）+1.4P活 =1.2×(2277+470)+1.4×(4+2+2)=3308KN 单根压杆承重：P=3308/36=92KN

бmax=P/2A=92/2×35×10-4=13.1×103KN/m2＜[бy] λ=Lmax/i=1630/25.1=65＜[λ]满足要求

1.4.2侧模压杆验算

混凝土侧压力（见2.1.1），计算如下：

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1.恒载

采用内部振捣工艺，计算公式：下式计算取较小值。 P=rcH

P=0.22rctoß1ß2V1/2

式中：P-新浇注混凝土对模板的最大侧压力。 rc-混凝土密度。

to-新浇混凝土的初凝时间。 V-混凝土的浇注速度。

H-混过凝土侧压力计算处至混凝土顶面高度。

ß1-外加剂影响修正系数，掺缓凝剂时取1.2，否则取1.0。

ß2-塌落度影响修正系数，当塌落度为50-90mm时，取1.0；当塌落度为110-150mm时，取1.15。

已知rc=25KN/m3 ,H=7.m , to=5m , ß1=1.0 , ß2=1.15 ，V=3.0m/h 据上式计算得：

P1= rcH=25×7.=191KN

P2=0.22rctoß1ß2V1/2=0.22×25×5×1.0×1.15×3.01/2=.8KN 取P=.8KN

2.动载

振捣混凝土时产生的荷载取4KN/m2，倾倒混凝土产生的荷载2KN/m2。

3.侧模承载组合

P=1.2P恒+1.4 P活=1.2×.8+1.4×（4+2）=74.16 KN 4. бmax=P/2A=74.16/2×26×10-4=1.43×104KN/m2＜[бy]

λ=Lmax/i=1666/25.1=66.4＜[λ]满足要求

2.5上部抬梁计算

抬梁受力如下图，因F1-F7各力不相等为计算简便和安全考虑，按最大F1等力计算，F1的计算见1.2.1中P值，F1=P=92KN,横梁自重 q=43.5㎏/m=43.5×10-2kN/m

则RA=(1/4)* (6×F1+43.5×10-2×9.6)=139 KN 用图乘法计算

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ωmax=1/EI((1/2)×0.5×82.65×0.032+(1/2)×0.375×82.65×0.032+(1/2)×0.125×27.45×0.042+(2/3)×0.5×0.13×0.0585+

(2/3)×0.419×0.13×0.0585+(2/3)×0.081×0.018×0.042)= [1/(2.1×108×345×10-8)] ×[((1/2)×0.5×82.65×0.032+(1/2)×0.375×82.65×0.032+(1/2)×0.125×27.45×0.042+(2/3)×0.5×0.13×0.0585+

(2/3)×0.419×0.13×0.0585+(1/3)×0.081×0.018×0.042)]=2.38(mm)满足要求 如图:

F1F2F3F4F5F6RaRb

2.6 门架简算

3、横梁：

为简化计算将其简化图绘制如下： q

B I2 C

h l I1 A D

F=470+86+2530=3086KN 均载q=3086/10.5=294KN/m 截面积A= 0.25×0.012x2+0.776×0.012=0.015M2

MA= MD =ql2/12N1 ; MB= MC =-ql2/6N1 Mmax=ql2/8+MB={(2+3k)/24N1}ql2

l=10.5m h=2.929m 惯性矩,I1=48308 cm4 I2=62376 cm4

k= I2/ I1*h/l=0.58 N1=k+2= 2.58 ,

MB= MC = -2094KN.m

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Mmax=1958KN.m

σ=48x103/0.0102=4.7Mpa<[σs]=235Mpa（强度足够） 最大挠度fmax=5ql4/384EIx

= 0.355mm(满足要求)

4、门架立柱：

门架立柱两端受压力，中部受侧向千斤传递的水平力，

立柱为板焊工字钢结构，为简化计算将其简化图绘制如下：

B I2 C

h l q I1 A D

F1=3086/2=13KN，F2=74.16KN，

截面积A=0.25×0.012×2+0.472×0.01=0.0107M2 MA=qh2/4{-(k+3)/6N1-(4k+1)/N2} MB=qh2/4{-k/6N1+2k/N2} MC=qh2/4{-k/6N1-2k/N2}

MD=qh2/4{-(k+3)/6N1+(4k+1)/N2}

k= I2/ I1*h/l=0.58 N1=k+2= 2.58 N2=6k+1= 4.48 q=74.16KN/m

MA= -1947KN.m MB=443 KN.m MC=-593 KN.m MD=1020 KN.m σ=74.16x103/0.0107=7Mpa<[σs]=235Mpa（强度足够） 最大挠度fmax=F2l3/48EIx

= 1mm（满足要求） 校核计算完毕，均满足使用要求。：

台车顶部升降油缸及丝杆简算 一、演算参数

1、台车模板理计白重：42.3吨 2、上部台架：8 .6吨

3、设衬砌水泥厚度为：800mm，密度： 2.5吨/立方米。水泥重量约：388吨 4、升降油缸：缸径160mm；系统液压压力12MPa；

二、液压油缸演算（油缸在台车使用中只起脱模、立模作用，在衬砌过程中不受支承力)

台车模板升降过程中油缸需顶起重量为：50.9吨 F=Mg=50.9×103×10=5.09×105N 单根升降油缸升举力：

F升=P×S=12×106×π×(160÷2×10-3)2=2 .4×105N 4根油缸升举力：

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F升×4=9. 6×105>>F

故顶部4根升降油缸完全满足使用要求。

三、顶部丝杠沉重力演算

顶部丝杠采用T80x10螺纹 1)螺杆

根据第4强度理论理论其危险截面应力σca，其强度条件为 σca=f(σ2+3 T2)1/2=[(Q/A)2+3(T/Wt)2]1/2≤[σ]

式中： A——螺杆螺纹段的危险截面积，A=πd12/4mm2。 Wt——螺杆螺纹段的抗扭截面系数，Wt =Adl/4 mm3。 d1——螺杆螺纹小径，mm； T——螺杆所受的扭矩

[σ]——螺杆材料的许用应力，MPa； 由演算参数知：

丝杠受压力Q=50.9×2+338=439.9吨=4 .4×106N

丝杠平均受压力Q 平=4 .4×106/36=1.22×105N

由于丝杠千斤在工作状态下不受扭矩T的作用，故本次计算可略去 σca=f(o2+3 T2)1/2=[(Q/A)2]1/2=Q/A=24.5MPa [σ]=355/3=118MPa σca≤[σ]

故顶部丝杆螺杆满足使用强度

2)螺母

螺母螺纹牙一般发生剪切和挤压破坏，一般螺母的材料强度低于螺杆，故只需校核螺母螺纹牙的强度。

螺纹牙危险截面的剪切强度条件为：

T=Q平/（πDbu)≤[T]

螺纹牙危险截面的弯曲强度条件为

Ob=6 Q f l/πDbu≤[σ]b

式中

b——螺纹牙根部的厚度，mm，对于梯形螺纹，b=0.65P t——弯曲力臂，l=(D—D2)/2；

[t]——螺母材料母材许用切应力，MPa [σ]b——螺母材料母材许用弯曲应力MP

螺母每圈螺纹所承受的平均压力为：Q平/u=2 .5×104 t——弯曲力臂，t=(D—D2)/2=2.5×104mm 则：T=Q 平/fπDbu)=7.5×103

Ob=6Q平l/πDb2u=17.23×103 [T]=0.6[σ]=118×0.6=70 .8 MPa [σ]b=[σ]=118 MPa T<<[T] σb<<[σ]b

故顶部丝杠支撑系统满足使用要求，由此在顶部1 6根丝杠千斤的配合使用下，顶部升降油缸是满足使用要求的。

总结：

台车的所受的混凝土压力是以最大情况来设定的，以上力学分析过程中所采用的受力模型均采用结果偏于安全的简化方法计算。本文分析了台车的主要受力部件和容易

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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施工的受力要求。

沈海复线高速公路莆田段A4合同段

2011年5月22日

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