台车设计计算书.doc

台车设计计算书
(一)工程概况及其对钢模版台车设计要求
1.钢模台车的制作和安装需执行GB50204-92《混凝土结构工程施工及验收规范》中相关要求。
2.钢模台车设计成边墙顶拱整体浇筑的自行式台车形势，并满足施工设备的通行要求，最下部横梁的距离底板砼面净高不低于4m。
3.钢模台车的支撑系统尽量设计成一种高度可叠加的模块式结构使之能适应宽度为12m，高度为8～10m衬砌洞室要求。
4.钢模板台车的结构设计必须要有准确的计算，确保在重复使用过程中结构稳定，刚度满足要求。对模板变形同样要有准确的计算，最大变形值不能超过2mm，且控制在弹性变形范围内。
5.模台车的设计长度为6m，满足圆弧段的混凝土衬砌要求。
6.一般位置衬砌厚度为0.35～1m，钢模台车设计时，承载混凝土按1.0m，设计按2.0m校核。
7.模台车面板伸缩系统采用液压传力杆，台车就为后按丝杆承载，不采用行走轮承载。
8.为避免顶拱浇筑产生空洞，顶模需设置2～3个封拱器。
9.模和顶模两侧设计窗口，以便进入和泵管下料。
10.模板台车两端及其它操作位置需设置操作平台和行人通道，平台和通道均应满足安全要求。
11.控制尺寸钢模台车外形控制尺寸，依据设计断面和其他相关施工要求和技术要求确定。（见正视图）。
12.该隧道一般位置衬砌厚度0.4～0.5m，钢模台车设计时，承载混凝土厚度按1.0m设计，按照2.0校核。
13.下通行的施工机械控制尺寸 最高高度不低于4m。
A)台车轨距 2.8m
B)浇筑段长度 浇筑段长度 6m
14.模台车的设计方案
钢模台车的设计方案如图所示（正视图）。该台车的特点：完全采用液压式收模；电机驱动行走；横向调节位移也采用液压油缸。结构合理效果良好。

台车正视图
15.板设计控制数据
1、模板：控制数据（见下表）

项目
所对中心角
外沿弧长
（mm）
模板面积
（㎡）
每节钢模宽度（m）
顶拱模板
73.05°和64.4°
6358
38.15
1.5（每一段浇筑采用4节钢模板）
边拱模板
55.3°
6312
37.8
2、台车结构 台车净空高为5163mm，台车的净空宽为4939mm。
3、台车机械设备控制数据（见下表）
项目
单位
设计控制数据
升降油缸
缸内径
行程
杆径
零行程
额定压力
mm
mm
mm
mm
MPa
200
300
100
560
16
边模油缸
缸内径
行程
杆径
零行程
额定压力
mm
mm
mm
mm
MPa
90
300
45
560
16
行走机构
轨距
轮压
驱动力
mm
tf
tf
2800
20
50
16．钢模设计
钢模板的作用是保持隧洞衬砌混凝土的浇筑的体型及承担混凝土浇筑载荷。钢模板主要由面板、弧形板、支撑角钢、立筋板活动铰构成。
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计算一边自由板计算。
B) 载荷及组合：顶拱钢模面板的计算载荷包括设计衬砌衬砌混凝土浇筑荷载、允许超挖及局部超挖部分的混凝土浇筑载荷和面板的自重等。
式中q——面板计算载荷
载荷
载荷组合
=262
设计衬砌混凝土 =5000
允许超挖部分回填 =500
局部过大超挖部分回填 =2157
同，加载部位有异 =2157
混凝土侧压力 =4800
面板
=7657
弧

形

板
设计情况Ⅰ（ 顶拱浇筑完成时）
=5762
设计情况Ⅱ（侧墙浇筑到顶拱时）
=4800
校核情况Ⅰ（中间1/4跨有局部超挖时）
=7979
校核情况Ⅱ（半跨有局部超挖时）
=10562
——面板的自重，按照初选面板厚度计算
——设计衬砌混凝土载荷，
——混凝土的容重，可采用
h——设计衬砌的厚度，已知为1m
——允许超挖部分的混凝土载荷，其值为500（按允许0.2～0.3m计）
——局部过大超挖部分回填的混凝土载荷（不包括允许超挖部分）为1.5m
——含义同，仅加载部位有异
——混凝土侧压力

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，目前采用0.2
C）台车面板设计
3.1面板支撑情况：四边支撑板：a=20cm，b=150cm
3.2面板厚度见下表
支撑情况
a/b
按强度验算求
按挠度验算求
系数
（kgf·m）

(cm)
系数
（cm）

四边支撑
0.133
0.0047
0.0003
68.784
0.50
0.00082
0.69
根据计算结果，采用10mm钢板做面板效果更好。
4、 弧板及内部支撑设计：弧板采用钢板，宽度为200mm，加强筋为75Χ75Χ6的角钢，中心距为260mm。
4.1内力计算：参照双铰等截面直墙圆拱钢架梁内力计算公式，计算结果见下表（该表内力均以1m计）
载荷作用
支座反力
各种计算情况下是钢拱梁各截面的组合内力
θ（度）
0
20
76.8
106

=5762kgf/m
V=29.345
设计情况Ⅰ
M
-22.623
-16.527
24.814
14.976
H=2.021
N
26.989
23.693
2.606
4.281

Q
0
-8.624
-2.622
11.76
kgf/m
V=0
设计情况Ⅱ
M
23.126
16.953
-28.314
-28.105
H=0.288
N
2.022
5.333
28.105
27.549

Q
0
8.74
8.627
9.996
/m
V=6.745
校核情况Ⅰ
M
20.239
16
-20.431
-15.639
H=0.288
N
1.769
4.607
27.64
23.548

Q
-1.583
7.484
3.078
-15.639
kgf/m
V=2.087
合并情况Ⅱ
M
21.829
15.588
-20.423
13.109
H=0.1066
N
1.591
4.726
23.219
21.655

Q
0
8.32
2.479
-9.575
4.2弧板内部支撑截面选择（参照相关公式）。（见下表）
/8

——作用在支撑角钢上的线载荷，=qa（t/m）
L——支撑角钢的计算跨度1.5m；
a——支撑角钢间距，为280mm
——分别为对X轴的截面抵抗矩及截面性矩，计算截面包括支撑角钢每侧宽15的面板面积。
由于梁单元的最大变形量，即模板的最大位移：

通过上述分析计算可知，整个模板的强度是足够的。
下面的内力也满足要求。
选择的截面
计算截面
内力（kgf.cm.kgf）
截面应力
（kgf. ）
与比较
基本截面

设计情况Ⅰ
θ=
M=71022
N=2352
1041(外)
1632（内）

设计情况Ⅱ
M=720010
N=2836.8
1392(外)
1658（内）

最大正负弯矩截面

校核情况Ⅰ
θ=
M=1019836
N=892
1321(外)
1499（内）

校核情况Ⅰ
M=1117194
N=738
1448(外)
1655（内）

校核情况Ⅱ
θ=
M=-1049011
N=16928
1169(外)
1669（内）

校核情况Ⅱ
M=-1027567
N=16928
1169（外）
1673（内）

4.3弧板及内部支撑（θ=）截面处变形计算（参照相关公式）。见下表。
受力情况

比较
设计情况Ⅰ
2.1
1/715
1/400
<1/400
设计情况Ⅱ
-1.5
1/1000
<1/400
校核情况Ⅱ
2.5
1/600
<1/400(未考虑侧向混凝土抗力)

5、 活动铰耳设计：顶部模板活动铰耳仔截面。从内力计算表中可知活动铰耳一般在正弯矩区，仅设计区Ⅱ处于负弯矩区，而绝对值较正弯矩区小，所以活动铰耳设计采用该界面之最大力进行。活动铰耳承担该截面的剪力及由弯矩所产生的剪力，弧板和弧板之间用螺栓连接，螺栓主要承受剪力根据相关公式计算所得M=105162kgf.cm. N=7680kgf Q=7405kgf
项目
计算需要的直径
选用截面直径（mm）
螺栓
d12.4
16
模板销子
d25
40

（三）台车的结构设计
1、台车主架体设计：台车主架体结构按照等截面双铰多层钢架进行内力计算。根据运输条件、吊装力量和方便加工制造等因素，将主架体分为：底梁、立柱、门架横梁、门架斜支撑、门架纵梁、横梁直支撑、横梁直支撑斜拉杆、立柱斜拉杆等。按近似的框架结构简支梁进行计算。‹参照台车（正视图）›
车架选用截面

f
（cm）
焊制工字钢30#
横梁Ⅰ
990
530
0.7
焊制工字钢50#
立柱Ⅰ
1112
焊制工字钢50#
横梁Ⅱ
1458
2、台车托架设计 台车托架分为顶拱架和边拱托架。边拱托架结构简单、受力杆件按照简支梁记性计算：顶拱托架主要有顶纵梁、台梁、小立柱、小立柱拉杆等组成结构紧凑、受力效果好，按照框架结构简支梁进行计算。
（四）机械传动结构设计
1、垂直升降机械 垂直升降机械起固定支撑作用的采用螺杆式千斤顶，螺杆和丝母均采用梯形螺纹。起重螺杆的设计主要是对螺杆的直径确定，其次是对螺杆的自锁性及稳定性进行验算。根据工地使用特点，要求其中螺杆具有较大的刚度。
螺杆直径按压缩扭转和弯曲的复合应力来确定：

F= f=tg
螺杆螺母间的摩擦角大于螺纹的升角，可以保证自锁。根据台车自重及其他外力合计确定本台车所选用的丝杆直径为75mm，丝母的直径为110，螺纹型号为Tr10Χ。
2、水平支撑机械 水平支撑机械采用双头螺杆，它主要完成侧向模板的就位和固定支撑，也可以作为钢模板的横向细微调节使用。水平支撑螺杆在立模衬砌时压力较大。水平支撑机构螺杆的螺纹内径d按照下列公式进行计算在：

根据台车侧向收模力估算及其他外力合计确定本台车所选用的丝杆直径为65mm，丝母直径为90，螺纹型号为Tr10Χ。
3、行走装置设计 采用电机带动摆线针轮减速机和开式齿轮传动，带动主动轮，电动机与减速机直联式。
驱动计算中，因为钢模板台车在隧道洞中运行，可以不计风阻力；考虑到轨道铺设不平，洞内运行条件差，其驱动功率应适当加大；隧道的纵向坡度影响较大，必须详细计算驱动功率。

G——台车的自重，
——摩擦系数
——纵向坡度计算所得的角度，坡度按照最大计算。
选用2台5.5kw电动机、减速器同时驱动，采用制动器制动，速度控制在8m/min。
（五）液压传动机械的设计
1、液压千斤顶基本尺寸确定 根据钢模台车方案设计确定的参数（载荷、行程）进行计算;然后根据台车结构布置要求和操作，油缸基本参数与尺寸的规定，结合国内油缸标准、外径系列尺寸选取油缸直径。
1.1活塞杆直径d
式中Q为活塞杆上的推力。活塞杆长度根据行程及布置要求决定，其受压时的稳定验算和螺杆相同。
1.2油缸内径
不考虑背压影响时：
考虑背压影响时：Q= (推)

1.3油缸壁厚δ计算 一般按照薄壁公式计算

当时，按照壁厚公式计算

项目
单位
设计控制数据
升降油缸
行程
外径
内径
mm
mm
mm
250
200
125
边模油缸
行程
外径
内径
mm
mm
mm
300
125
45
平移油缸
行程
外径
内径
mm
tf
tf
200
100
45