1、南水北调天津干线输水箱涵钢模台车设计摘要：本文通过对南水北调中线天津干线 TJ2-1 标输水箱涵混凝土钢模台车的设计，提出了钢模台车设计应注意的要点，不仅保证了钢筋混凝土箱涵的施工质量，也减少了钢材等的投入，节省了投资，为施工生产增值，提高了钢材效益，并可供同类工程参考。 关键词：钢模台车；设计；要点 Abstract: in this paper, through the design of water box culvert concrete steel mold trolley of the middle route of South-to-North Water Transfer Pr
2、oject Tianjin Trunk TJ2-1 standard, proposes the key points should be paid attention to steel mould trolley design, not only to ensure the construction quality of reinforced concrete box culvert, also reduces steel and other investment, saving investment, construction production value, improve the s
3、teel benefit, and can be a reference for the similar engineering. Keywords: steel mould trolley; design; key points 中图分类号：TV 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 一工程概况 11 工程概况 由中铁十七局集团承建的南水北调中线天津干线 TJ2-1 标，全长9.883km，为 3 孔 4.4.*4.4m 有压现浇混凝土输水箱涵，混凝土设计标号为 C30W6F150。设计输水流量为 50m/s。浇筑标准段长度为 15m。箱涵混凝土分两次浇筑，第一次浇筑高度
4、为 1.55m，第二次浇筑 4.05m。 12 使用要求及特点 使用钢模台车要满足以下要求：（1）操作简便，使用人工少，安拆速度快，施工效率高，进度快。 （2）在满足强度、刚度和安全的前提下尽量节约钢材，降低造价。 （3）模板尽量采用标准钢模，以提高台车的回收利用价值。根据工程的实际情况本项目的台车进行了优化，特点如下：（1）模板主要采用太行模板厂生产的 P9015 等标准钢模，个别异形模板采用了定制模板。提高台车回收价值。 （2）台车的定位和调节部分设计在了底纵梁下，不但提高了台车行走过程中的整体性能，而且方便了人工操作。 （3）底部行走系统采用了平轮，代替了原轨道轮，取消了轨道安装，减少了
5、人工和材料的投入，节省了工程费用，为防止台车行走时偏移增加了防侧移轮。 （4）根据工程特点对台车模板及模架进行了计算，减少了钢材的使用，节省了工程投资，提高了工程效益。 二、设计计算 钢模台车主要由行走部分、模架部分、模板部分、门架部分、调节部分组成。模架和模板是台车的主要组成部分，为节省材料，保证使用要求，对台车模板的钢愣以及模架的上纵梁、上横梁、立柱、底纵梁分别进行了计算，过程如下。 2.1 混凝土压力计算 混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土
6、的有效压头。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：式中 F-新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2） c-混凝土的重力密度（kN/m3） ，此处取 26kN/m3 t0-新浇混凝土的初凝时间（h）,可按实测确定。当缺乏实验资料时，可采用 t0=200/(T+15)计算；假设混凝土入模温度为 250C，即T=250C，t0=5 V-混凝土的浇灌速度（m/h）;取 2.5m/h H-混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度（m）;取 4.05m 1-外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取 1；掺具有缓凝作用的外加剂时取 1.2。 2-混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于 30mm 时
7、，取0.85；5090mm 时，取 1；110150mm 时，取 1.15。 侧模板压力计算 =26x4.05=105KN/m 取二者中的较小值，F=45.2kN/ m2 有效压头高度： 倾倒混凝土产生的水平载荷标准值 4.0 kN/ m2 顶模板压力计算 根据建筑施工模板安全技术规范 （JGJ162-2008）计算， 由可变荷载效应控制的组合： =1.35*（0.5+24*0.55+1.5*0.55）+1.4*4=25.2kN/ m2。 由永久荷载效应控制的组合： =1.35*（0.5+24*0.55+1.5*0.55）+0.7*1.4*（4+2+4）=29.4kN/ m2。 取二者中的较大
8、值，S=29.4kN/ m2 有效压头高度：h=F/rc=29.4/26=1.13m 倾倒混凝土产生的水平载荷标准值 6.0 kN/ m2 q=29.4*1.2+1.13*1.4=36.9kN/ m2 综上,模板受侧压力大于顶面水平模板的垂直压力，取混凝土侧压力标准值为 45KN/m2,设计值为 60KN/m2 验算模板刚度及强度。 2.2 模板刚度及强度验算 模板采用太行模板厂生产的 P9015 模板，竖向背楞按 75cm 每道设计，模板水平使用，取最大方格 300mm*238mm 进行验算。 （1）抗弯强度验算 按下式验算：=Mmax/Wf W面板的截面抵抗矩，W =bh2/6=1500x
9、42/6=4x103mm3（b 为板单位宽度，取 1500mm，h 为钢板厚度，本模板取 4mm） ； Mmax面板最大弯矩，作用在面板上的线荷载为：q1=ql =60x1=60N/mm 面板最大弯矩：Mmax= q1l2/10=60x300x300/10=0.54x106Nmm。 应力：=0.54x106/4 x103=135N/mm2=215 N/mm2 ,故满足要求 （2）最大挠度验算 v=5x12.97x(0.3)4/(384x2.1x108x28.99x10-8)=1.86x10-5m=0.0186mm1.5mm，满足要求。 恒荷载均布线荷载标准值；取=45.2kN/m2x0.238
10、m=10.76 kN/m 弹性模量；取 2.1x108kN/ m2 截面惯性矩；取 28.99x10-8m4 面板计算跨度；取 0.3m 容许挠度。采用 1.5mm； 2.3 模板竖向背楞刚度及强度验算 模板竖向背楞采用 14#工字钢作为竖肋支承在横向背楞上，间距为750mm，可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为 L=1570mm，横向背楞采用双 16#槽钢。 工字钢的线荷载为： =60x0.75=45KN/m=45N/mm -14#工字钢之间的间距 竖向背楞抗弯强度验算 最大弯矩=0.1x45x15702=11.1 x106Nmm 14#工字钢截面系数： 应力：
11、=215N/mm2 满足要求 竖向背楞刚度验算： 挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则线荷载为：=33.8KN/m v=5x33.8x(1.57)4/(384x2.1x108x7.12x10-6)=1.788x10-3m=1.788mm3mm，满足要求。 恒荷载均布线荷载标准值；取 33.8kN/m 弹性模量；取 2.1x108kN/m2 截面惯性矩；取 7.12x10-6m4 计算跨度；取 1.57m 容许挠度。采用 3mm 或 L/500； 2.4 台车梁刚度及强度验算 台车梁包括上横梁、上纵梁、下纵梁。主要受集中力，可按单跨梁计算。以上横梁为例进行验算，过程如下，其他梁采用
12、相同的计算方法。梁跨度 L=2.4m 上横梁间距 B=0.75m 上部永久荷载为混凝土自重、钢筋自重、模板自重Gk=24*0.55+1.5+1.1=15.8KN/m2，振捣混凝土产生的荷载 Q2k=2KN/m2，恒载线荷载 q1=Gk*B=15.8*0.75=11.85 KN/m，活载线荷载q2=Q2k*B=2*0.75=1.5 KN/m。 2.4.1、梁的静力计算概况 1、单跨梁形式：简支梁 2、荷载受力形式：1-7 3、计算模型基本参数：长 L=2.4M 4、均布力：标准值qk=qg+qq=11.85+1.5=13.35KN 设计值qd=qg*G+qq*Q=11.85*1.2+1.5*1.
13、4=16.32KN2.4.2、选择受荷截面 1、截面类型:工字钢 I14 2、截面特性:Ix= 712cm4Wx= 102cm3Sx= 58.4cm3G= 16.9kg/m 翼缘厚度 tf=9.1mm 腹板厚度 tw=5.5mm2.4.3、相关参数 1、材质：Q235 2、x 轴塑性发展系数 x：1.05 3、梁的挠度控制v：L/5002.4.4、内力计算结果 1、支座反力 RA = qd * L / 2 =19.58 KN 2、支座反力 RB = RA =19.58 KN 3、最大弯矩 Mmax = qd * L * L / 8 =11.75 KNM2.4.5、强度及刚度验算结果 1、弯曲正
14、应力max = Mmax / (x * Wx)109.71N/mm22 、A 处剪应力 A = RA * Sx / (Ix * tw)29.21N/mm23、B 处剪应力 B = RB * Sx / (Ix * tw)29.21N/mm24、最大挠度 fmax = 5 * qk * L 4 / 384 * 1 / ( E * I )=3.93mm5、相对挠度 v = fmax / L =1/ 610.4 弯曲正应力max=109.71 N/mm2 抗弯设计值 f : 215 N/mm2 ok! 支座最大剪应力max=29.21 N/mm2 抗剪设计值 fv : 125 N/mm2 ok! 跨中
15、挠度相对值v=L/610.4 挠度控制值v:L/ 500 ok!2.5 台车立柱刚度及强度验算 台车立柱主要承担台车纵梁传来的集中荷载，及非均匀荷载产生的扭矩。台车立柱每 3m 设一道，横向间距为 2.2m，经计算集中荷载N=87.2kN，扭矩 Mx=5 KNM，扭矩 My=6KNM。采用 I22a 工字钢，计算过程如下： 2.5.1、钢柱几何参数：柱高 H(m)： 3.24 平面内计算长度系数： 1平面外计算长度 (m)： 1.52.5.2、荷载及相关参数：轴力 N(KN)： 87.2 弯矩 Mx(KNM)： 5 弯矩 My(KNM)： 6 截面塑性发展系数 x： 1.05 y： 1.2 材
16、质：Q235 等效弯矩系数 mx： 1my： 1tx： 1 ty： 12.5.3、截面信息：截面型号：工字钢 I22aWx(cm3)：309 Wy(cm3)：40.9 ix(cm)：8.99iy(cm)：2.31A(cm2)：42 截面分类 对 x 轴：a 类 对 y 轴：b 类截面影响系数：1.00 整体稳定性系数 bx：1by：12.5.4、验算结果： 1、长细比 x= 36 容许值 : 150 ok!长细比 y= 64.9 容许值 : 150 ok!稳定系数 x： 0.95y： 0.781 参数 Nex： 5989876Ney： 1843034 2、强度 0= 158.42 N/mm2
17、设计值 f:215 N/mm2 ok!应力比 0.737 平面内稳定 x= 184.15 N/mm2 设计值 f:215 N/mm2 ok!应力比 0.857 平面外稳定 y= 169.82 N/mm2 设计值 f:215 N/mm2 ok!应力比 0.79 宽厚比 ok! 高厚比 ok! 验算通过！3 结语 本项目台车在 2010 年 8 月研制成功，一套台车（三孔一联）总重量仅为 95t，比同类产品 206t 节省钢材 111t，降低了工程成本约 72 万元。并于 2010 年 9 月2011 年 8 月在南水北调中线天津干线 TJ2-1 标输水箱涵混凝土进行了使用，圆满完成了施工任务，施工进度得到了保证，施工质量在同类工程中处于先进地位。该工程总长度为 9.883km，共使用10 套台车，总计节省工程投资约 720 万元，创造了较好的工程效益。该工程施工质量优良并被评定为优良工程。 参考文献： 1王伟导，高苑明。隧洞钢模台车在东改工程中的应用，北京：建筑机械化 ，2002,02.32 2中华人民共和国住房和城乡建设部。 建筑施工模板安全技术规范 （JGJ162-2008） ，2008,12.14 3中华人民共和国建设部等联合发布， 组合钢模板技术规范（GB50215-2001） ，2001,10.15
