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隧道衬砌台车设计计算书中煤第三建设（集团）有限责任公司二O一二年四月二十七日隧道衬砌台车设计计算书一、台车系统结构概述本台车适用于中煤第三建设（集团）有限责任公司，大连市地铁2号线工程项目，湾家站至红旗西路站区间、红旗西路至南松路区间隧道衬砌的模筑混凝土施工。台车系统由模板系统、门架支撑系统、电液控制系统组成。支收模采用液压控制，行走采用电动自动行走系统。模板结构：台车模板长度为9m，共5榀支撑门架，门架间距为2.05m；上上纵连梁3根，单侧支撑连梁4根（结构见台车设计图）。面板Q235，t=10mm钢板；连接法兰12*220钢板； 背肋，12#槽钢，间距300mm；门架采用H2940*200*8*12型钢；底梁采用H482*300*11*15型钢；上纵连梁采用H200*200*8*12型钢；侧面模板支撑连梁采用双拼16a#槽钢。顶升油缸4个，侧向油缸4个，平移油缸2个；行走系统为两组主动轮系和两组被动轮系组成。电液控制系统一套。二、 设计计算依据资料1、甲方提供的台车性能要求及工况资料、区间断面图纸；2、钢结构设计规范（GB500172003） 3、模板工程技术规范（GB501132005） 4、结构设计原理 5、铁路桥涵施工规范（TB102302002） 6、钢结构设计与制作安装规程 7、现代模板工程三、结构计算方法与原则台车的主受力部件为龙门架、底粱、上部纵联H钢及钢模板，只需进行抗弯强度或刚度校核。根据衬砌台车结构形式，各主要受力部件均不需要进行剪切强度校核和稳定性校核。四、计算荷载值确定依据泵送混凝土施工方式以20立方米/小时计。混凝土初凝时间为t=4.5小时。振动设备为50插入式振动棒和高频附着式振动器。混凝土比重值取r=2.4t/m3 24kN/m3 ;坍落度1620cm。荷载检算理论依据；以模板工程技术规范（GB501132005）中附录A执行。钢材容许应力（单位；N/mm2） 牌号厚度或直径（mm）抗拉，抗压和抗弯f抗剪 fv端面承压fce Q235钢162151253251640205120406020011560100190110Q345钢163101804001635295170355026515550100250145五、衬砌台车载荷计算： 台车长度L9m，衬砌厚度为0.3m。1、浇筑时混凝土温度取T =10，泵送混凝土按20 m3/h计算,由隧道断面衬砌厚度及衬砌台车总图,可计算出每小时衬砌高度，即浇注速度。V=20/(9*2*0.3)=3.7m/h。可求出新浇混凝土对模板单位面积的侧压力： Pmax1=0.22*r*t*V1/2 混凝土坍落度影响系数，当坍落度11cm时，取=1.15；t混凝土初凝时间，一般t200/(T+15)，实际混凝土初凝时间在5小时左右；Pmax1=0.22*r*t*V1/2 =0.22*24*5*1.15*3.71/2 =58 kN/m2 2、施工荷载按模板工程技术规范（GB5001132005）中取定（不计算风，雪荷载）。 Ps=2KN/m2 总荷载 Pmax =58+2=60kN/m2 安全系数取k=1.2，得 P =1.2*60kN/m2 =72kN/m2 六、模板的强度与挠度验算1、面板验算，取模板的最大侧压力P=72kN/m2 强度验算面板为10mm厚钢板，肋板间距300，取1mm板条作为计算单元，荷载为：q=0.0721=0.072N/mm面板的截面系数：W=1/6bh2=1/61102 =16.7mm3 I =1/12bh3=1/121103 =83.3mm4 Max= qL2 /8=0.0723002 /8=810N.mm应力为：max=Max/W=810/16.7=49N/ mm2 215N/ mm2 满足要求。挠度验算跨中的挠度y=5qL4/（384EI）=(5*0.0723004)/(3842.110583.3) =0.43mm1.5mm满足要求。2、肋板验算肋间距300mm，采用12#槽钢，支撑在法兰上，法兰间距1500mm，荷载q=0.072300=21.6 N.mm12#槽钢截面系数W=62103mm3 惯性矩I=390104mm4 肋板为简支梁。 q=21.6N/mm 1500 M=qL2 /8=61105N.mmMax=61105N.mm强度验算max=Max/W=61105 /（62103 ）=98N/ mm2 215 N/ mm2满足要求。挠度验算跨中的挠度y=5qL4 /（384EI）=(5*21.615004 )/(3842.1105390104 )=1.73mmy/L=1.73/1500=1/8671/400。满足要求。3、法兰验算法兰选用12*220钢板。均匀外压力作用下的筒壁内力只有周向力，无弯矩。周向力按公式N =P *R 计算。式中P 外压（N/mm2）R 外圆半径 (mm)N =P*R =0.072*5100=367 N/mm = N /A=367*(1500/2)/(12*220)= 104N/mm2 215 N/mm2 满足要求 七、门架验算（3D3S）一、设计依据 钢结构设计规范 （GB50017-2003） 建筑结构荷载规范 （GB50009-2001） 建筑抗震设计规范 （GB50011-2001） 建筑地基基础设计规范 （GB50007-2002） 建筑钢结构焊接规程 （JGJ181-2002） 钢结构高强度螺栓连接的设计，施工及验收规程（JGJ82-91）二、计算简图 计算简图 (圆表示支座，数字为节点号) 单元编号图三、几何信息 各单元信息如下表：单元号截面名称长度(m)面积(mm2)绕2轴惯性矩(x104mm4)绕3轴惯性矩(x104mm4)绕2轴计算长度系数绕3轴计算长度系数小节点释放大节点释放1HM294X2000.70573031600114004.2551.000-2HM294X2002.18073031600114001.0000.788-3HM294X2000.18073031600114001.0001.000-4双普槽12.6,B02.29131381557771.0001.000-5双普槽12.6,B02.29131381557771.0001.000-6HM294X2002.18073031600114001.0000.788-7HM294X2000.49073031600114001.0000.999-8HM294X2000.60073031600114005.0001.000-9HM294X2000.39073031600114007.6921.000-10热钢管89x6.01.80015651351351.0001.000-11HM294X2000.49073031600114001.0000.999-12HM294X2000.18073031600114001.0001.000-13HM294X2000.60073031600114005.0001.000-14HM294X2000.70573031600114004.2551.000-四、荷载信息 结构重要性系数： 1.00 (一). (恒、活、风) 节点、单元荷载信息 1.节点荷载 2.单元荷载 *以下为单元荷载汇总表: 单位：力(kN)；分布力(kN/m)；弯距(kN.m)；分布弯距(kN.m/m)第 0 工况单元荷载表单元号工况号类型方向Q1Q2X1X220集中荷载X104.00.00.80.020集中荷载X104.00.01.50.020集中荷载X104.00.01.90.030集中荷载X-104.00.00.00.060集中荷载X-104.00.00.80.060集中荷载X-104.00.01.50.060集中荷载X-104.00.01.90.070集中荷载X-104.00.00.10.080集中荷载Z-215.00.00.30.090集中荷载Z-215.00.00.20.0110集中荷载X104.00.00.10.0120集中荷载X104.00.00.00.0130集中荷载Z-215.00.00.30.0 (1).工况号: 0 *输入荷载库中的荷载: 序号类型方向Q1Q2X1(mm)X2(mm)1集中荷载Z-215.00.00.30.02集中荷载X104.00.00.80.03集中荷载X104.00.01.50.04集中荷载X104.00.01.90.05集中荷载X104.00.00.10.06集中荷载Z-215.00.00.20.07集中荷载X104.00.00.00.08集中荷载X-104.00.00.00.09集中荷载X-104.00.00.80.010集中荷载X-104.00.01.50.011集中荷载X-104.00.01.90.012集中荷载X-104.00.00.10.0 单元荷载分布图: 单元荷载序号1分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号2分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号3分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号4分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号5分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号6分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号7分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号8分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号9分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号10分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号11分布图（实粗线表示荷载作用的单元）单元荷载序号12分布图（实粗线表示荷载作用的单元） *以下为单元荷载图: 单位：力(kN)；分布力(kN/m)；弯距(kN.m)；分布弯距(kN.m/m)第 0 工况单元荷载简图 (二). 其它荷载信息 (1). 地震作用 无地震 (2). 温度作用 (三). 荷载组合 (1) 1.20 恒载五、内力位移计算结果 (一). 内力 1.工况内力 2.组合内力 3.最不利内力最不利内力表 (单位：N、Q(kN)；M(kN.m)；位置(m)单元号名称组合号序号位置轴力N剪力Q2剪力Q3弯距M2弯距M3N最大110.0-301.1-117.90.00.064.71M3最大110.7-301.1-118.40.00.0148.0N最小110.0-301.1-117.90.00.064.7M3最小110.0-301.1-117.90.00.064.7N最大112.2-376.8301.10.00.0-70.52M3最大110.9-377.751.50.00.0119.8N最小110.0-378.3-73.30.00.060.5M3最小112.2-376.8301.10.00.0-70.5N最大110.0-390.6124.80.00.01.23M3最大110.0-390.6124.80.00.01.2N最小110.2-390.70.00.00.0-0.0M3最小110.2-390.70.00.00.0-0.0N最大110.0-14.79.10.00.07.84M3最大110.0-14.79.10.00.07.8N最小112.3-15.38.90.00.0-12.7M3最小112.3-15.38.90.00.0-12.7N最大112.3-14.7-9.10.00.07.85M3最大112.3-14.7-9.10.00.07.8N最小110.0-15.3-8.90.00.0-12.7M3最小110.0-15.3-8.90.00.0-12.7N最大112.2-376.8-301.10.00.070.56M3最大112.2-376.8-301.10.00.070.5N最小110.0-378.373.30.00.0-60.5M3最小110.9-377.7-51.50.00.0-119.8N最大110.0-390.1-60.10.00.0-73.27M3最大110.5-390.5-184.90.00.02.4N最小110.5-390.5-184.90.00.02.4M3最小110.0-390.1-60.10.00.0-73.2N最大110.00.0258.40.00.077.58M3最大110.00.0258.40.00.077.5N最小110.00.0258.40.00.077.5M3最小110.60.0-0.00.00.0-0.0N最大110.0-314.3129.10.00.072.59M3最大110.0-314.3129.10.00.072.5N最小110.0-314.3129.10.00.072.5M3最小110.2-314.3-129.00.00.047.4N最大110.0-309.70.00.11.20.010M3最大110.0-309.70.00.11.20.0N最小110.3-309.70.00.11.20.0M3最小110.0-309.70.00.11.20.0N最大110.0-390.160.10.00.073.211M3最大110.0-390.160.10.00.073.2N最小110.5-390.5184.90.00.0-2.4M3最小110.5-390.5184.90.00.0-2.4N最大110.0-390.6-124.80.00.0-1.212M3最大110.0-390.60.00.00.00.0N最小110.2-390.70.00.00.0-0.0M3最小110.0-390.6-124.80.00.0-1.2N最大110.00.0258.40.00.077.513M3最大110.00.0258.40.00.077.5N最小110.00.0258.40.00.077.5M3最小110.60.00.00.00.00.0N最大110.1-301.1-118.00.00.071.614M3最大110.7-301.1-118.40.00.0148.0N最小110.0-301.1-117.90.00.064.7M3最小110.0-301.1-117.90.00.064.7各效应组合下最大支座反力设计值(单位：kN、kN.m)节点号控制组合号组合序号NxNyNzMxMyMzNx最大110.00.0390.70.00.00.0Ny最大110.00.0390.70.00.00.0Nz最大110.00.0390.70.00.00.0Mx最大110.00.0390.70.00.00.0My最大110.00.0390.70.00.00.0Mz最大110.00.0390.70.00.00.07合力最大110.00.0390.70.00.00.0Nx最小110.00.0390.70.00.00.0Ny最小110.00.0390.70.00.00.0Nz最小110.00.0390.70.00.00.0Mx最小110.00.0390.70.00.00.0My最小110.00.0390.70.00.00.0Mz最小110.00.0390.70.00.00.0Nx最大110.00.0390.70.00.00.0Ny最大110.00.0390.70.00.00.0Nz最大110.00.0390.70.00.00.0Mx最大110.00.0390.70.00.00.0My最大110.00.0390.70.00.00.0Mz最大110.00.0390.70.00.00.08合力最大110.00.0390.70.00.00.0Nx最小110.00.0390.70.00.00.0Ny最小110.00.0390.70.00.00.0Nz最小110.00.0390.70.00.00.0Mx最小110.00.0390.70.00.00.0My最小110.00.0390.70.00.00.0Mz最小110.00.0390.70.00.00.0轴力 N 包络图(单位：kN)弯距 M3 包络图(单位：kN.m) 4.内力统计轴力 N 最大的前 10 个单元的内力 (单位：M,KN,KN.M)序号单元号组合号组合序位置轴力N剪力Q2剪力Q3扭矩M弯距M2弯距M318110.0000.0258.40.00.00.077.5213110.0000.0258.40.00.00.077.535112.291-14.7-9.10.00.00.07.844110.000-14.79.10.00.00.07.851110.000-301.1-117.90.00.00.064.7614110.059-301.1-118.00.00.00.071.6710110.000-309.70.00.10.01.20.089110.000-314.3129.10.00.00.072.592112.180-376.8301.10.00.00.0-70.5106112.180-376.8-301.10.00.00.070.5轴力 N 最小的前 10 个单元的内力 (单位：M,KN,KN.M)序号单元号组合号组合序位置轴力N剪力Q2剪力Q3扭矩M弯距M2弯距M3112110.180-390.70.00.00.00.0-0.023110.180-390.70.00.00.00.0-0.0311110.490-390.5184.90.00.00.0-2.447110.490-390.5-184.90.00.00.02.456110.000-378.373.30.00.00.0-60.562110.000-378.3-73.30.00.00.060.579110.000-314.3129.10.00.00.072.5810110.300-309.70.00.10.01.20.0914110.000-301.1-117.90.00.00.064.7101110.000-301.1-117.90.00.00.064.7弯距 M3 最大的前 10 个单元的内力 (单位：M,KN,KN.M)序号单元号组合号组合序位置轴力N剪力Q2剪力Q3扭矩M弯距M2弯距M3114110.705-301.1-118.40.00.00.0148.021110.705-301.1-118.40.00.00.0148.032110.908-377.751.50.00.00.0119.8413110.0000.0258.40.00.00.077.558110.0000.0258.40.00.00.077.5611110.000-390.160.10.00.00.073.279110.000-314.3129.10.00.00.072.586112.180-376.8-301.10.00.00.070.595112.291-14.7-9.10.00.00.07.8104110.000-14.79.10.00.00.07.8弯距 M3 最小的前 10 个单元的内力 (单位：M,KN,KN.M)序号单元号组合号组合序位置轴力N剪力Q2剪力Q3扭矩M弯距M2弯距M316110.908-377.7-51.50.00.00.0-119.827110.000-390.1-60.10.00.00.0-73.232112.180-376.8301.10.00.00.0-70.545110.000-15.3-8.90.00.00.0-12.754112.291-15.38.90.00.00.0-12.7611110.490-390.5184.90.00.00.0-2.4712110.000-390.6-124.80.00.00.0-1.283110.180-390.70.00.00.00.0-0.098110.6000.0-0.00.00.00.0-0.01010110.000-309.70.00.10.01.20.0 (二). 位移 1.工况位移 2.组合位移第 1 种组合位移图(黑点表示最大位移所在节点 单位：mm)“X向位移”最大的前 10 个节点位移表 （单位：mm）序号节点号组合号组合序号X向位移Y向位移Z向位移位移平方和12111.40.0-0.11.52511-0.00.0-0.00.031011-0.60.0-0.60.841211-0.60.0-2.72.75711-0.60.00.00.66111-0.70.00.50.97411-0.80.00.50.98811-0.90.00.00.99911-0.90.0-0.61.1101111-0.90.0-2.72.8“Y向位移”最大的前 10 个节点位移表 （单位：mm）序号节点号组合号组合序号X向位移Y向位移Z向位移位移平方和1111-0.70.00.50.922111.40.0-0.11.53311-2.90.0-0.12.94411-0.80.00.50.95511-0.00.0-0.00.06611-1.50.0-0.01.57711-0.60.00.00.68811-0.90.00.00.99911-0.90.0-0.61.1101011-0.60.0-0.60.8“Z向位移”最大的前 10 个节点位移表 （单位：mm）序号节点号组合号组合序号X向位移Y向位移Z向位移位移平方和1111-0.70.00.50.92411-0.80.00.50.93711-0.60.00.00.64811-0.90.00.00.95611-1.50.0-0.01.56511-0.00.0-0.00.07311-2.90.0-0.12.982111.40.0-0.11.591011-0.60.0-0.60.810911-0.90.0-0.61.1“合位移”最大的前 10 个节点位移表 （单位：mm）序号节点号组合号组合序号X向位移Y向位移Z向位移位移平方和1311-2.90.0-0.12.921111-0.90.0-2.72.831211-0.60.0-2.72.74611-1.50.0-0.01.552111.40.0-0.11.56911-0.90.0-0.61.17411-0.80.00.50.98811-0.90.00.00.99111-0.70.00.50.9101011-0.60.0-0.60.8“X向位移”最小的前 10 个节点位移表 （单位：mm）序号节点号组合号组合序号X向位移Y向位移Z向位移位移平方和1311-2.90.0-0.12.92611-1.50.0-0.01.531111-0.90.0-2.72.84911-0.90.0-0.61.15811-0.90.00.00.96411-0.80.00.50.97111-0.70.00.50.98711-0.60.00.00.691011-0.60.0-0.60.8101211-0.60.0-2.72.7“Y向位移”最小的前 10 个节点位移表 （单位：mm）序号节点号组合号组合序号X向位移Y向位移Z向位移位移平方和1111-0.70.00.50.922111.40.0-0.11.53311-2.90.0-0.12.94411-0.80.00.50.95511-0.00.0-0.00.06611-1.50.0-0.01.57711-0.60.00.00.68811-0.90.00.00.99911-0.90.0-0.61.1101011-0.60.0-0.60.8“Z向位移”最小的前 10 个节点位移表 （单位：mm）序号节点号组合号组合序号X向位移Y向位移Z向位移位移平方和11111-0.90.0-2.72.821211-0.60.0-2.72.73911-0.90.0-0.61.141011-0.60.0-0.60.852111.40.0-0.11.56311-2.90.0-0.12.97511-0.00.0-0.00.08611-1.50.0-0.01.59711-0.60.00.00.610811-0.90.00.00.9六、设计验算结果 本工程有1种材料：Q235钢(A3钢) 设计验算结果表 (强度和整体稳定为(应力/设计强度)单元号强度绕2轴整体稳定绕3轴整体稳定沿2轴抗剪应力比沿3轴抗剪应力比绕2轴长细比绕3轴长细比沿2轴W/l沿3轴W/l结果11.081.151.080.400.006460020.960.960.961.020.0047141/1117030.260.260.260.420.004100满足40.500.620.510.050.00103461/20850满足50.500.620.510.050.00103461/20850满足60.960.960.961.020.0047141/1117070.690.690.690.630.0010400满足80.460.480.460.880.006451/2920满足90.640.700.640.440.006431/103690满足101.081.431.430.000.00616101/1223110.690.690.690.630.0010400满足120.260.260.260.420.004100满足130.460.480.460.880.006451/2920满足141.081.151.080.400.0064600最严控制表 (强度和整体稳定为(应力/设计强度)强度绕2轴整体稳定绕3轴整体稳定沿2轴抗剪应力比沿3轴抗剪应力比绕2轴长细比绕3轴长细比沿2轴W/l沿3轴W/l所在单元1010106105101310数值1.081.431.431.020.00103611/2921/1223“强度应力比”最大的前 10 个单元的验算结果（所在组合号情况号）序号单元号强度绕2轴整体稳定绕3轴整体稳定绕2轴抗剪应力比绕3轴抗剪应力比绕2轴长细比绕3轴长细比沿2轴W/l沿3轴W/l结果1101.08 (1/1)1.431.430.000.00616101/12232141.08 (1/1)1.151.080.400.0064600311.08 (1/1)1.151.080.400.0064600460.96 (1/1)0.960.961.020.0047141/11170520.96 (1/1)0.960.961.020.0047141/11170670.69 (1/1)0.690.690.630.0010400满足7110.69 (1/1)0.690.690.630.0010400满足890.64 (1/1)0.700.640.440.0064300满足940.50 (1/1)0.620.510.050.00103461/20850满足1050.50 (1/1)0.620.510.050.00103461/20850满足按“强度应力比”统计结果表范围1.081.051.051.001.000.800.800.600.600.26单元数30236附录双拼普通槽钢截面示意图宽翼缘工字钢及热轧H型钢截面示意图热轧无缝钢管与电焊钢管截面示意图 2012-4-27