衬砌台架门架整体受力分析衬砌台架门架整体受力分析.docVIP

钢模台架门架结构受力分析 一、前言 下锚段衬砌台架（简称台架）的整个载荷（混凝土自重及侧压力）是以型钢钢架竖向、水平方向上各支承丝杆传向于支承门架。门架承受台架行走及工作时的竖向及水平载荷。见图1。 图1 衬砌台架正视图 二、台架结构受力分析 台架的整个载荷（混凝土自重及侧压力）是通过型钢钢架竖向、水平方向上的各支丝杆传向于支承门架。小钢模板本身承受浇注混凝土时的面载荷；门架承受台架行走及工作时的竖向及水平载荷。 台架结构受力分析应考虑工作及非工作两种工况下的载荷，由于门架是主要的承重物件，必须保证有足够的强度、刚度及稳定性。因此，强度校核时应以工作时的最大载荷为设计计算依据；非工作时，台架只有自重，结构受力较小，此种工况作为台架的行走校核及门架丝杆的强度验算，本文暂不考虑。 由于台架上下模板的受力不同，其载荷分析可分成两部分，然后再进行载荷组合，对门架进行强度校核。 1、顶模板载荷分析 A单元型钢钢架承受整个上部模板的载荷，而丝杆支柱共有49个支承点，承受竖向载荷并传力于脚手架，脚手架最终将荷载传给门架。 顶部衬砌最大衬砌厚度为1米。 顶部模板承受的载荷为最大开挖1米时的混凝土自重及注浆口封口时该处的挤压力。由于混凝土输送泵通过几十米的水平管道及竖直管道向台架输送混凝土，与注浆口接口处的局部挤压力较大，其它地方压力较小。因此，强度计算时，只考虑自重载荷的压力对模板影响这在工程计算中是可行的，在实际设计时，局部加强顶模及考虑一定的安全系数。由于上部挤压应力没有确切的理论数据可作参考，台架设计一般根据国外类似结构及经验加以考虑。 1.1、顶部混凝土自重 假设混凝土厚度为最大开挖厚度1m，台架衬砌长度为5米，衬砌时上部整个混凝土的自重由上部A单元所对应的模板承受，则顶部模板受力简图如图2所示。图中由BEFC四点构成的阴影部分面积即为混凝土截面积，即： 总面积 则混凝土自重 图2 顶模板结构受力简图 1.2、丝杆支承强度校核 混凝土自重通过49根丝杆承受,假定每根丝杆的受力相等,则单根丝杆受到的总合力为： 7根丝杆传递的荷载为4.4643×7=31.2501t。由15根脚手架立杆传递给横梁。每根脚手架立杆承受31.2501/15=2.0167t 　　竖向丝杆采用矩形螺纹80×10，螺杆及螺母均为45#钢，其σs=360Mpa，[σb]=180Mpa，[(]=108Mpa，安全系数为2。 　　由于螺杆和螺母材料相同，只需校核螺杆螺纹强度。 根据螺杆弯曲强度公式[1]： 螺杆剪切强度公式[1]： 式中 F—轴向载荷N，F≈4.4643×104N， 　　 h—螺纹的工作高度mm，矩形螺纹h=0.5P=5mm； 　　　　 d1—外螺纹小径，d1=69mm； z—旋合圈数，z=H/P，P为螺矩10mm，螺母高度H=90mm，则z=9； 　　　　 b—螺纹牙底宽度mm，矩形螺纹b=0.5P，即b=5mm； 将各值代入上式得 　　因此，竖向丝杆强度通过。 2、边模板载荷分析 台架左右边模对称，结构及受力完全相同。边模板只考虑浇注砼时的侧压力对其影响。 边模上部通过焊接与上模板相连，底部直接置于地面，每榀钢架通过8根丝杆与门架连接。单边侧向支承丝杆7组共28个支承点承担侧压力引起的水平载荷，而侧压力引起的竖向载荷（浮力）通过台架的自重来稳定。为偏于安全考虑，上部及下部假设不承受约束，整个水平方向上的载荷靠28个支承丝杆来承受。实际上，在浇筑靠近上部的中间边模板时，下部模板应已达到初凝。 2.1、边模板水平载荷及丝杆轴向载荷 由于边模垂直度较大，可近似的视其为直边墙来进行水平载荷的计算，已知台架衬砌长度为5米，边模板弧长为5.59米，边墙的侧压力取为4.7t/m2 [2]，偏于安全，则边模板水平载荷为： 假设上述水平载荷由28个侧向支承丝杆承担，而中间五组丝杆承受的力是两边承受的力的一倍，因此中间五组丝杆承受的力最大，则中间每组丝杆承受的力为131.365/6≈21.8942(t)。假设每组载荷由4个丝杆平均承担，则每个丝杆的轴向载荷为21.8942/4≈5.47355(t)。实际情况是边模载荷是不断的变化，下部浇注时，上部丝杆受到的侧压力很小；上部浇注时，下部模板也许达到初凝，丝杆受到一定的侧压力。假设边模全部很快浇注完时为模板的最大受力情况（此假设偏于安全），则各丝杆受力变化不致太大。 2.2、水平丝杆的强度校核 　　水平丝杆采用梯形螺纹Tr60×9，螺母高度H=70mm，螺矩P=9mm，则丝杆的弯曲及剪切强度为： 式中 F—轴向载荷N，F≈5.4736×104N， 　　 h—螺纹的工作高度mm，梯形螺纹h=0.5P=