XXXXXXXXXX引水隧道项目衬砌台车计算书编制：校核：审核：2017年10月xxxxx项目衬砌台车计算书1.计算依据1、《xxxxx施工图设计》2、《衬砌台车结构设计图》3、《钢结构设计规》(GB 50017-2003)4、《混凝土结构设计规》(GB 50010-2002)2. 概况xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图2.1-2.2。
隧道二衬模板由一顶模、两侧模组成，模板均由6mm钢板按照二衬外轮廓线卷制而成。
顶模模板拱架环向主肋采用I10工字钢,加工成R=1447mm，L=3650mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm；侧模模板拱架环向肋板采用1524mm长的I14工字钢，侧模环向肋板在隧洞腰线以上部分加工成加工成R=1447mm，L=527mm的圆弧拱形，腰线以下加工成R=3327mm，L=997mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm。
衬砌台车由顶拱支撑、台车门架结构、走行系统、顶升系统及侧模支撑系统组成，纵向共9m长。
顶拱支撑采用H200×200×8.0立柱，纵向焊接通长的∠45*45*6的角钢组成钢桁架，焊接于台车门市框架主横梁上，支撑顶模。
衬砌台车门式框架立柱采用H200×200×8.0型钢、横梁、纵梁均采用I20a工字钢焊接组成，其节点处焊接1cm厚的三角连接钢板缀片进行加固。
本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体。
进行顶模的安装及拆除时，在轨道两侧支垫20*20*60cm的枕木，枕木上安放千斤顶进行台车和顶拱支撑系统的整体升降。
侧模支撑系统的螺旋丝杆，每断面设置4个。
下部螺旋丝杆水平支承于台车的I20a纵梁上，上部螺旋丝杆水平支撑于台车的I20a立柱上。
三角板与构件之间焊接为满焊,焊脚高度10mm；焊缝不允许出现咬边、未焊透、裂纹等缺陷。
模板系统及台车构件均采用Q235普通型刚。
图2.1 隧道二衬模板布置图图2.2 隧道二衬台车布置图图2.2 隧道二衬台车纵向布置图3 荷载计算3.1 主要技术参数①、钢弹性模量Es＝2.06×105MPa；②、混凝土自重γ=26kN/m3；③、Q235钢材的材料强度：许用正应力[σ]=215MPa，许用弯曲应力[σw]=215MPa，许用剪应力[τ]=125MPa；3.2 衬砌台车荷载计算：台车长9m，二次衬砌厚度为0.25m。
①二衬混凝土自重荷载：P1=γh=26*0.25=6.5KN/m2②新浇混凝土对模板测面的压力：浇筑时混凝土温度取T=10℃，泵送混凝土按照20m3/h计算，由隧道衬砌断面衬砌厚度、衬砌台车图纸可以计算出衬砌混凝土的浇筑速度。
V=20/（9*5.174*0.25）=1.72m/h。
新浇混凝土对模板单元的侧压力可按下式进行计算：P max=0.22*γ*t*β*V0.5其中：β——混凝土塌落度影响系数，当塌落度≥11cm时，取β=1.15；t——混凝土初凝时间，一般t=200/（T+15）,实际混凝土初凝在5h左右；故P2=0.22*26*5*1.15*1.720.5=43.14KN/m2；③振捣混凝土荷载：P3=2KN/m2；④施工人员及机具荷载：P2=2KN/m2；临时结构荷载组合系数按照：1.0×恒载+1.2*活载。
4.二衬模板、衬砌台车强度刚度验算4.1 二衬模板 ①6mm 钢板计算二衬模板采用6mm 的钢板，纵肋间距30cm ，主肋间距1m 。
钢板界面特性系数计算如下：其中b=1m ，h=6×10-3m ，l=0.3m 。
W=1/6*b*h 2=1/6×1×（6×10-3）2m 3=6×10-6m 3 I=1/12*b*h 3=1.8×10-8m 4 则拱顶面板：q=1.0*(26*0.25*1+78.5*0.006*1)+1.2*4*1=11.77KN/m ；按简支梁计算，其弯矩为m kN ql M •===132.03.0*77.11*818122max ；则正应力：MPa MPa mm KN WM w 20522106*132.036<=⨯==-σ 挠度：mm l mm EI ql 2.1250/33.010*8.11006.23843.01077.11538458543-4=<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ω侧墙面板：q=1.0×43.14×1+1.2×4×1=47.94KN/m ；按简支梁计算，其弯矩为m kN ql M •===539.03.0×94.47×818122max则MPa MPa m mKN W M w 2058.89106*539.036<=⨯==-σ挠度：mm l mm EI ql 2.1250/14.110×8.11006.23843.01094.47538458543-4=<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ω故6mm 混凝土面板满足要求。
②纵肋∠45*45*6角钢纵肋∠45*45*6角钢间距为30cm ，其支撑拱圈主肋间距1m （两主肋间加了环向∠45*45*6次肋角钢）。
∠45*45*6角钢的截面系数：W=7×10-6m 3 I=1.8×10-8m 4q max =1.0×43.14×0.3+1.2×4×0.3=14.38KN/m ；按简支梁计算，其弯矩为：m kN ql M •=⨯⨯==45.05.038.14818122max则MPa MPa m m KN WM w 2052.64107*45.036<=⨯==-σ 挠度：mm l mm EI ql 2250/2.110*33.91006.23845.01038.14538458543-4=<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ω③顶模拱圈主肋I12工字钢顶模拱圈主肋I12工字钢的截面系数： W=77×10-6m 3 I=488×10-8m 4其荷载计算考虑二衬混凝土重、模板、纵向角钢、I12工字钢自重以及浇筑混凝土侧压力（由于顶板处于隧道腰线以上，而侧压力与浇筑高度有关，因此顶板计算时可按0.5倍最大侧压力计）。
顶板下三立柱支撑间距分别为0.48m 、0.55m 、0.55m 、0.48m 。
则荷载为：()33.64KN/m=1×4×1.2+0.5*1*43.14+0.01×16.9+0.01/0.3×3.98+1×0.006×78.5+1×0.25×26×1.0=q 按简支梁计算，其弯矩为：m kN ql M •=⨯⨯==27.155.064.33818122max ；其支点反力为：kN ql F 251.955.064.332121=⨯⨯==； 则最大正应力：MPa MPa mm KN WM w 2055.161077*27.136<=⨯==-σ 最大挠度：mm l mm EI ql 44.3250/03.010*******.238455.01064.33538458543-4=<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ω④侧模拱圈主肋I16工字钢侧模拱圈主肋I16工字钢的截面系数： W=141×10-6m 3 I=1130×10-8m 4侧模拱圈主肋所受的荷载主要为混凝土的侧压力，按最大侧压力考虑，并考虑1.2的胀模系数。
则荷载为q=1.0*1.2*43.14*1.0+1.2*4*1.0=56.57KN/m侧模拱圈主肋由两螺旋丝杆支撑于台车门架上，两螺旋丝杆间距1m ；运用SMSolve 软件建立悬挑梁模型如下：图4.1 侧模拱圈主肋计算模型经软件求解，得到支点反力为F 1=50.18KN,F 2=36.04KN ；最大弯矩为Mmax=4.94KN*m 。
图4.2 侧模拱圈主肋弯矩及支点反力图则最大正应力：MPa MPa mm KN W M w 2053510141*94.436<=⨯==-σ 最大挠度：mm l mm EI ql 4250/3.010********.238411057.56538458543-4=<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ω4.2 台车结构计算主要对顶模支撑、台车门架进行结构受力计算。
①顶模支撑立柱顶模支撑立柱承受顶模部分二衬混凝土重量、模板、拱架、浇筑时的侧压力等。
以纵向1m 长度为计算单位，荷载总重为：F=26×0.25×3.65+78.5×0.006×3.65+3.98×10-2×13+14.2×10-2×3.65+43.14×0.5×3.65×1=105KN ；顶模由3根立柱支撑，每根立柱平均受力为35KN ；顶模支撑立柱长度分别为0.414m 、0.576m 、0.414。
H200×200×8×12型钢的截面系数：W=461×10-6m 3 I=4610.5×10-8m 4A=62.08cm 2 i x =8.61cm 则长、短立柱的长细比为69.661.810576.0211=⨯==x i l λ 81.461.810414.0212=⨯==x i l λ 查表得ψ=0.998，则MPa MPa A F 20564.51008.62103523<=⨯⨯==σMPa MPa A F b 20565.51008.62998.0103523<=⨯⨯⨯==ϕσ则顶模支撑立柱的强度及稳定性满足要求。
②台车门架计算台车门架主横梁采用I20a 工字钢，长度2.36m ，两端悬挑0.24m 。
主要受力为顶模支撑三根立柱传递的竖向轴力以及立柱的自重。
故荷载为：F=35KN+27.9×0.576×0.01KN+4×1×3.98×0.01KN=35.32KN ； 在SMSolve 软件中建立计算模型如下：图4.3 台车门架主横梁计算模型经软件求解，得到支点反力为F 1=55.23KN,F 2=50.73KN ；最大弯矩为Mmax=28.96KN*m 。
I20a 工字钢的截面系数：W=237×10-6m 3 I=2370×10-8m 4则最大正应力：MPa MPa mm KN W M w 2052.12210237*96.2836<=⨯==-σ 最大挠度：mm l mm EI Fl 5.7250/38.21023701006.238488.11032.35193841985333=<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==--ω台车门架立柱采用H200×200×8×12型钢，其受力包括由门架主横梁传递的竖向力荷载Fmax=55.23KN ；以及由上部侧模支撑丝杆传递的水平力F 1=50.18KN （上丝杆轴力）。