衬砌台架门架整体受力分析.doc

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、、 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=4.5mm； 　　　　 d1—外螺纹小径，d1=50mm； z—旋合圈数，z=H/P，P为螺矩9mm，螺母高度H=70mm，则z≈8； 　　　　 b—螺纹牙底宽度mm，梯形螺纹b=0.65P，即b=5.85mm； 将各值代入上式得 因此，侧向支承丝杆强度通过。 3、门架整体结构的受力分析及强度校核 台架门架是一个空间的整体框架结构，为了保证整体结构的稳定性，门架横梁、立柱之间通过18b工字钢把其联成整体。其主要水平及垂直方向的载荷靠七榀门架承受，在七榀门架中，中间的门架受力最大，其受力简图如图3所示。 图3 门架结构受力简图 从受力简图可以看出，门架上部横梁受到竖直载荷作用，门架立柱受到水平载荷作用。因此，台架门架整体框架结构的受力分析可按以下两种载荷组合作用进行分析： 1、水平载荷（侧压力），单榀门架共8个力，每个力大小约为5.4736×104N； 2、垂直载荷（模板自重、最大开挖厚度时的混凝土自重），单榀门架共15个力，每个力大小约为2.0167×104N。 整个门架的强度计算在接下来的工作中，我们将应用midas软件对整个门架结构进行受力分析，确保结构的安全可靠。Ⅰ20b工字钢抗拉强度抗压强度:215N/mm2 (GB 50017 表3.4.1-1) 名称 最小值 最大值 应力 MPa -15.80MPa 最大主应力 -MPa 60.65 MPa 最小主应力 -MPa 32.67MPa 变形 0.mm 3.648mm 安全系数 1.68 适用 表列出了分析生成的所有结构结果。显示