隧道简易衬砌台车计算书

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

××隧道横洞衬砌台车计算书

一、计算说明

本衬砌台车采用商业有限元软件Midas Civil2006进行力学计算。计算时根据结构尺寸和使用材料截面建立空间模型，对于模板面板采用板单元模拟，其他杆件采用梁单元模拟，梁柱之间刚性连接，计算时认为门架柱脚为固定支座，能够提供各个方向的约束。

对于衬砌上时浇筑砼荷载认为是流体荷载，采用Midas软件提供的“流体压力”荷载加载，计算顶模时认为拱顶压力P0=0，拱脚压力P1=γh，γ为砼容重，取25kN/m3，

h为拱高，h=2.6m，期间线性变化。计算侧模时认为侧模顶压力P2=0，侧模底压力P3=γH，γ为砼容重，取25kN/m3，H为侧模高，H=3.4m，期间线性变化。由于把砼完全按流体计算，此荷载较实际大得多，故振动冲击荷载不同时考虑。

台车各杆件构造如下图所示

计算模型如下图所示

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

二、计算结果

（1） 模板面板

面板正应力如下图所示

面板正应力166MPa<[σ]=215MPa,满足抗弯强度要求。 面板剪应力如下图所示

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

面板剪应力84MPa<[σ]=125MPa,满足抗剪强度要求。 面板位移如下图所示

面板位移3.5mm，面板位移偏大，建议增加横向加劲肋。 （2）面板加劲肋

正应力如下图所示

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

正应力133.8MPa<[σ]=215MPa,满足抗弯强度要求。

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

加劲肋剪应力61.7MPa<[σ]=125MPa,满足抗剪强度要求。 加劲肋变形图如下图所示

加劲肋变形3.1mm，加劲肋变形较大，建议增加横向加劲肋。

（2） 上立柱

上立柱正应力如下图所示

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

正应力43MPa<[σ]=215MPa,满足抗弯强度要求。 轴力如下图所示

较长杆受拉，拉力24.7kN，较短杆受压，压力为24.7kN，杆件长1.3m，截面为I18工字钢。 ix=7.37cm，iy=2cm A=30.7cm2 λx=

Lx130==18 ix7.37

λy=

Lyiy

=

130

=65 2

根据λy查b类截面稳定系数表得到稳定系数υ=0.78

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

N24.7×

1000

==10.3MPa<[σ]=215MPa φA0.78×30.7×100

满足压杆稳定要求。 （3） 顶模弧形拱

正应力如下图所示

最大正应力94.1MPa<[σ]=215MPa,满足抗弯强度要求。 剪应力图如下图所示

最大剪应力43.2MPa<[τ]=215MPa,满足抗剪强度要求。

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

挠度1.3mm较小，较小，满足要求。 （4） 门架

门架正应力如下图所示

最大正应力124.7MPa<[σ]=215MPa,满足抗弯强度要求。 剪应力如下所示

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

最大剪应力41.5MPa<[τ]=215MPa,满足抗剪强度要求。

纵向挠度1.1mm，较小，满足要求。

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

水平挠度2.1mm，水平挠度较大，建议增加斜撑。 （6）下横撑

应力图如下

最大正应力119.7MPa<[σ]=215MPa,满足抗弯强度要求。

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

最大剪应力15.5MPa<[τ]=215MPa,满足抗剪强度要求。

（6）门架侧向横纵梁

正应力如下

最大正应力166.1MPa<[σ]=215MPa,满足抗弯强度要求。 剪力图如下图所示

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

最大剪应力39MPa<[τ]=125MPa,满足抗剪强度要求。 位移如下图

挠度2.6mm，挠度较大，建议增加牛腿和斜撑。

三、结论与建议

综上计算结果可知：台车能够满足受力要求，但局部变形较大。

建议：计算的前提是门架柱脚能够提供水平约束，防止侧模水平位移，故应采取办法固定门架立柱柱脚，采用在每个门架柱脚位置植3根50cm长φ25mm螺纹钢，埋入长度30cm；模板只有纵向加劲肋，无横向加劲肋，建议增加横向加劲肋（50×5mm扁铁、间距50cm），以减小面板变形。门架侧向横纵梁水平位移较大，建议再加2道I18斜撑同时门架柱设牛腿，以减小水平位移。加强处理详见CAD图纸。

隧道简易衬砌台车midas建模分析计算!

四、加强处理部位计算 （1）预埋筋计算

预埋钢筋主要用来抵抗水平力，即抗剪。剪力为计算模型固定支座水平反力，如下图所示

总水平反力F=52.4+38.4+92.9+95.7+43.2+62.2=394.8kN 预埋φ25钢筋，A=491mm2 单根钢筋抗剪承载力为v=f·A=125×491=61.4kN 需要的钢筋根数n F394.8

=（根）7n==

v61

.4

每侧共预埋9根，每个柱脚位置3根。钢筋长50cm，锚固长度30cm。 （2）牛腿计算

门架立柱最大剪力如下图所示

最大水平剪力43.4kN。

单根I18工字钢抗剪承载力，简化计算为 V=fA=125×30.7×100=383.7kN>>43.4kN,故满足抗剪承载力要求。