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（GB50017—2003）》
3、《模板工程技术规范（GB50113—2005）》
4、《结构设计原理》
5、《铁路桥涵施工规范（TB10230—2002）》
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16—20cm。

荷载检算理论依据；以《模板工程技术规范（GB50113—2005）》中附录A执行。

钢材容许应力（单位；N/mm2）
五、衬砌台车载荷计算：
台车长度L＝9m，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*β*V1/2
β—混凝土坍落度影响系数，当坍落度≥11cm时，
取β=1.15；
t—混凝土初凝时间，一般t＝200/(T+15)，实际混凝土初凝时间在5小时左右；
Pmax1=0.22*r*t*β*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（GB500113—2005）》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=0.072×1=0.072N/mm
面板的截面系数：
W=1/6·b·h2=1/6×1×102 =16.7mm3
I =1/12·b·h3=1/12×1×103 =83.3mm4
Max= qL2 /8=0.072×3002 /8=810N.mm
应力为：δmax=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*0.072×3004)/(384×2.1×105×83.3) =0.43mm<1.5mm
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=0.072×300=21.6 N.mm
[12#槽钢截面系数W=62×103mm3
惯性矩I=390×104mm4
肋板为简支梁。

q=21.6N/mm
M=qL2 /8=61×105N.mm
Max=61×105N.mm
强度验算δmax=Max/W=61×105 /（62×103）
=98N/ mm2 <215 N/ mm2
满足要求。

挠度验算
跨中的挠度
y=5qL4 /（384EI）
=(5*21.6×15004 )/(384×2.1×105×390×104 )
=1.73mm
y/L=1.73/1500=1/867<1/400。

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
δ= 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：
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)
(1).工况号: 0
*输入荷载库中的荷载:
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 (N Q(kN)M(kN.m)(m))
各效应组合下最大支座反力设计值(单位：kN、kN.m)
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)
组合序 位置
轴力剪力Q2 剪力Q3 扭矩1 0.000 258.4 0.0 0.0 1 0.000 258.4 0.0 0.0 1 2.291 -14.7 -9.1 0.0 0.0 1 0.000 -14.7 9.1 0.0 0.0 1 0.000 -301.1 -117.9 0.0 1 0.059 -118.0 1 0.000 0.0 1 0.000 129.1 1 2.180
301.1
轴力N 最小的前10 个单元的内力(单位：M,KN,KN.M)
(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）
“Y向位移”最大的前10 个节点位移表（单位：mm）
“合位移”最大的前10 个节点位移表（单位：mm）
“Y向位移”最小的前10 个节点位移表（单位：mm）
“Z向位移”最小的前10 个节点位移表（单位：mm）
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))
按“强度应力比”统计结果表
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。