隧道衬砌台车结构计算书The manuscript was revised on the evening of 2021XXXXXXXXXX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、《xxxxx施工图设计》2、《衬砌台车结构设计图》3、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)4、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002)2. 概况xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图。

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×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×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。

图隧道二衬模板布置图图隧道二衬台车布置图图隧道二衬台车纵向布置图3 荷载计算主要技术参数①、钢弹性模量Es＝×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；衬砌台车荷载计算：台车长9m，二次衬砌厚度为。

①二衬混凝土自重荷载：P1=γh=26*=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**）=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=*γ*t*β*其中：β——混凝土塌落度影响系数，当塌落度≥11cm时，取β=；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=*26*5**；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：×恒载+*活载。

4.二衬模板、衬砌台车强度刚度验算二衬模板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=。

W=1/6*b*h 2=1/6×1×（6×10-3）2m 3=6×10-6m 3 I=1/12*b*h 3=×10-8m 4 则拱顶面板：q=*(26**1+**1)+*4*1=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 m m 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+×4×1=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=×10-8m 4 q max =××+×4×=m ；按简支梁计算，其弯矩为：m kN ql M •=⨯⨯==45.05.038.14818122max则MPa MPa mm 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倍最大侧压力计）。

顶板下三立柱支撑间距分别为、、、。

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，并考虑的胀模系数。

则荷载为q=***+*4*=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 侧模拱圈主肋计算模型经软件求解，得到支点反力为F 1=,F 2=；最大弯矩为Mmax=*m 。

图 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=<=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-ω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××+××+×10-2×13+×10-2×+×××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、、。

H200×200×8×12型钢的截面系数：W=461×10-6m 3 I=×10-8m 4 A= i x =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=，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，两端悬挑。

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+××+4×1××=；在SMSolve 软件中建立计算模型如下：图 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=,F 2=；最大弯矩为Mmax=*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=；以及由上部侧模支撑丝杆传递的水平力F 1=（上丝杆轴力）。

1）立柱竖向强度、稳定性立柱的长细比为 25.1561.810313.1211=⨯==x i l λ 查表得ψ=，则MPa MPa A F 20590.81008.621023.5523<=⨯⨯==σ MPa MPa A F b 2050.91008.62988.01023.5523<=⨯⨯⨯==ϕσ 则顶模支撑立柱的强度及稳定性满足要求。

2）立杆水平向计算建立简支梁计算模型如下：图 台车门架立柱计算模型经软件求解，得到支点反力为F 1=,F 2=；最大弯矩为Mmax=*m 。