模板受力分析

模板台车受力分析
1、台车构成
隧道全断面衬砌台车主要由门型框架（纵梁、横梁、底梁、竖撑、顶推螺杆斜撑）、面板（顶模板、边模板、加强肋）、行走系统（滑动钢轮、电动机）、液压系统、连接件及紧固装置构成。

各构（杆）件采用M20螺栓连接，螺栓孔均采用机械成孔，孔径较螺栓杆体大2mm。

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台车构造具体见图一、图二。

图一：全断面衬砌台车构造图
图二：9m长衬砌台车侧视图整体式衬砌台车总体构造如下所示：
顶模总成：2组；
顶部架体：1组；
升降油缸：4件；
平移装置：2组；
门架体：1组；
边模总成：2组；
边模丝杠：26件；
边模通梁：8件；
边模油缸：4件；
底部丝杠体：14件。

台车标准长度为9m时，设置12个工作窗口。

二、台车结构受力检算
模板支架如图1所示。

计算参照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《砼泵送施工技术规程》(JG/T3064-1999)。

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1、荷载计算
（1）、荷载计算
1）、上部垂直荷载
永久荷载标准值：
上部混凝土自重标准值：1.9×0.6×11.0×24=200.64KN
钢筋自重标准值：9.8KN
模板自重标准值：1.9×11.0×0.01×78.5=16.4KN
弧板自重标准值：（11.0×0.3×0.01×2+11.0×0.3×0.01）×78.5=7.77KN DXDiT a9E3d
台梁立柱自重：0.0068×（1.15+1.45）×2×78.5=2.78KN
上部纵梁自重：（0.0115×8.2+0.015×1.9×2）×78.5=11.88KN 可变荷载标准值：
施工人员及设备荷载标准值：2.5
振捣混凝土时产生的荷载标准值：2.0
2）、中部侧向荷载
永久荷载标准值：
新浇注混凝土对模板侧面的压力标准值：
F=0.22rctoβ1β2v 1/2
=0.22×25×8×1.2×1.15×10.5=60.6KN/m2
F=rc×H=25×3.9=97.5KN/m2
取两者中的较小值，故最大压力为60.6KN/m2
有效压力高度h=2.42m
换算为集中荷载：60.6×1.9×0.6=69.1KN
其中：F—新浇混凝土对模板的最大侧压力；
rc—混凝土的表观密度；
to—新浇混凝土的初凝时间；
v—混凝土的浇筑速度；
H—混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度；
β1—外加剂影响修正系数；
β2—混凝土坍落度影响修正系数；
h—有效压力高度。

可变荷载标准值
倾倒混凝土荷载值：2.0KN/m2
振捣混凝土时产生的荷载标准值：4.0KN/m2
（2）荷载组合
1）组合Ⅰ恒载×1.2+活载×1.4
2）组合Ⅱ恒载×1.0+活载×1.0
2、钢模板设计
钢模板的作用是保持隧洞衬砌混凝土浇筑的外形及承担混凝土浇筑荷载。

钢模板主要由面板、弧形板、支撑角钢、立筋板、活动铰构成，活动铰将其分成几段，利用连接螺栓合成整理。

RTCrpUDGiT A）设计假定：面板弧形板按照双铰耳设计，最大正负弯矩区采用加强措施；面板按四边支撑或三边支撑一边自由板计算。

5PCzVD7HxA B）荷载及其组合：
顶拱钢模面板的计算荷载包括设计衬砌混凝土浇筑荷载、允许超挖及局部过大超挖部分的混凝土浇筑荷载和面板的自重等。

jLBHrnAILg q=q0+q1+q2+q3式中q面板计算荷载
q0—面板自重，按照初选面板厚度计算；
q1—设计衬砌混凝土荷载，q1= r×h；
r—钢筋混凝土容重；
h—设计衬砌厚度；
q2—允许超挖部分的混凝土荷载；
q3—局部过大超挖部分回填的混凝土荷载（不包括允许超挖部分），为1.2m；
q4—含义同，仅加载部位有异；
q5—混凝土侧压力；
q5= γR＇+C
R＇—内部插入振捣器影响半径，采用0.75m；
C—混凝土入仓对模板的冲击力，目前，设计中采用0.2tf/m2。

（1）、模板面板计算
面板是以肋板为支座的连续梁，可简化为四跨连续梁进行计算。

按照荷载组合1，取1m宽的板条计算：
对拱顶面板：
q=1.2×1.0(25×1.0+78.5×0.01)+2.0×1.4=33.6KN/m
对侧墙面板:
q=1.2×1.0×60.6+6.0×1.4=81.12KN/m
取侧墙模板进行验算,取荷载调整系数0.85，有：
q=81.12×0.85=68.95KN/m
故Mmax=0.105ql2=0.105×68.95×0.282=0.57KN.m
模板钢材Q235，10mm厚钢板的截面力学参数截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为：
W=1.6×10-5m3
I=8.3×10-8m 4
所以有:
强度验算:σ=M x /γx W nx =90.4N/mm 2 ＜ƒ =215 N/mm 2 安全
刚度验算:ν=0.644ql 4/100EI
=0.644×66.0×0.2864/(100×2.06×105×1.8×10-8)
=0.77mm ＜L/250=1.1mm 满足
要求
根据计算结果，钢模板面板适合采用10mm 厚的钢板。

（2）模板肋板计算
横肋布置按230mm 考虑，计算简图如下：
0.2368.9515.8P KN =⨯=0.06/q KN m =
故：
22max 0.1250.1250.060.230.250.91M ql PL KN m ==⨯⨯+=g 模板钢材Q235，钢板的截面力学参数截面惯性矩I 和截面抵抗
矩W 分别为：
所以有：
N 1 N 2 B 肋板计算简图
W=6.4×10-6m 3 I=1/9×0.006×0.0753=2.81×10-7m 4
强度验算：22
135.1/215/x x nx M N mm f N mm W σγ==<=安全
刚度验算：
45/3840.2/250 1.1v ql EI mm l mm ==<= 满足要求 （3）弧板计算
弧板采用A3δ10钢板，宽度300mm ，加强筋采用钢板及10#
槽钢，中心间距250mm 。

荷载为模板荷载和自重，采用ANSYS 分析内力如下：xHAQX74J0X
最不利的弯矩和剪力为：
209000x M N m =g 115000v N =
弧板的截面力学参数截面惯性距I 和截面抵抗矩W 分别为：
33
441.303101.95410W m I m --=⨯=⨯
所以有：
22
160.4/215/x x nx M N mm f N mm W σγ==<= 安全
22
76.9/125/v w VS N mm f N mm It τ=
=<= 安全 采用组合1计算结果：
刚度验算：47.4/25048.4v mm l mm =<= 满足要求
（4）模板支架的计算
模板支架按照钢框架结构计算，荷载见“二 荷载计算”，钢材
Q235，门架横梁截面尺寸400⨯250mm ，结构为焊接工字型，上下面板14δ，立板为δ12。

门架横梁钢的截面力学参数截面惯性距I 和截面抵抗矩W 分别为：LDAYtRyKfE
333.13210W m -=⨯； 449.39610I m -=⨯；
立柱截面尺寸500⨯250mm ，结构为焊接工字型，上下面板14δ，
立板为δ12。

立柱的截面力学参数截面惯性距I 和截面抵抗矩W 分别为：Zzz6ZB2Ltk
332.14510W m -=⨯； 445.36110I m -=⨯；
采用SAP2000计算，组合2计算结果如下：
立柱计算
对各点进行受力验算，立柱最不利的弯矩和剪力、轴力为：
252470x M N m =g 167295V N =378290N N =
所以有：
22
102.3/215/x x nx M N mm f N mm W σγ==<= 安全
22
75.8/125/v w VS N mm f N mm It τ==<= 安全
22
27.8/215/v n N N mm f N mm A σ=
=<= 安全 采用组合1计算结果：
刚度验算： 1.6/25012v mm l mm =<= 满足要求
框架梁计算
对各点进行受力计算，顶梁最不利的弯矩和剪力、轴力为： 252470x M N m =g 260860V N =167300N N =
所以有：
22
70.1/215/x x nx M N mm f N mm W σγ==<= 安全
22
108.0/125/v w VS N mm f N mm It τ=
=<= 安全 采用组合1计算结果：
刚度验算：16.1/25032v mm l mm =<= 满足要求。

（5）底部大梁的计算
大梁按照简支梁结构计算，不考虑中间支座作用。

大梁箱形截面
500⨯500mm ，14δ，钢材Q235，底梁的截面力学参数截面惯性矩I 和截面抵抗矩W 分别为：dvzfvkwMI1
33
335.077101.52310W m I m --=⨯=⨯
大梁计算简图
采用SAP2000计算，组合2计算结果如下：
单位:
单位:
底部大梁剪力图
底部大梁弯矩图
最不利的弯矩和剪力、轴力为：
3278310
x
M N m
=g719680
V N
=
所以有：
22
610/215/
x
x nx
M
N mm f N mm
W
σ
γ
==>=
22
85/125/
v
w
VS
N mm f N mm
It
τ==<=
安全
采用组合1计算结果：
刚度验算：59.7/25048
v mm l mm
=<=不满足要求
整体稳定性验算：
2
3278310/(1.65077)215/
x
b x
M
f N mm
W
σ
ϕ
==⨯>=
考虑中间支座作用，计算结果如下：
最不利的弯矩和剪力、轴力为：
97860x M N m =g 142050V N =
所以有：
22
28/215/x x nx M N mm f N mm W σγ==<= 安全
22
9.2/125/v w VS N mm f N mm It τ=
=<= 安全 采用组合1计算结果：
刚度验算：0.5/25048v mm l mm =<= 满足要求
整体稳定性验算：
2
3278310/(1.65077)215/x b x M f N mm W σϕ==⨯>=
故如果考虑底梁下的千斤顶的支座作用，结构是满足要求的；如
果不考虑支座作用，结构靠整个大梁受力，则需加大底梁截面。

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（6）台车抗浮计算
抗浮千斤顶丝杆直径为75mm ，丝母直径为110，螺纹型号为
Tr10*300。

加长部分为108*6无缝管。

模板台车衬砌时混凝土灌注
速度要求高，混凝土一直处于流体状态，设密度为32.4/t m ρ=，模板
台车长度为112l m =，29l m =。

EmxvxOtOco
模板台车外轮廓线方程：222( 2.48) 6.2x y -+=
（隧道半径为4.55m ，隧道中心距隧道底面2.48m ）
浮力方程为：025]h
f gl dx
ρ=⎰
2.48
[(38.44arcsin1029.8]
6.2
h
h h gh
ρ
-
=--+⨯
（h为灌注高度）
对上式求导，求出浮力的极大值位置：
令：0
df
dh
=
可得：10
h=
2
4.96
h=
代入数值可得：h=0时，f=0，即在最低部时浮力为0
对于L=12m的台车：
h=4.96时6
2.910
f N
=⨯浮力最大值
台车整体重量若小于浮力最大值，设计时需考虑设置抗浮装置。

台车整体重量108吨，其上部架体和模板重量74吨，小于浮力最大值，设计时需考虑设置抗浮装置。

抗浮千斤顶丝杆直径为75mm，检算如下：SixE2yXPq5
6
22
2
1.3510
305/325/
75/4
n
N
N mm f N mm
A
σ
π
⨯
===<=
⨯安全
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