隧道簡(jiǎn)易棧橋midas設(shè)計(jì)校驗(yàn)

1、<p>　　隧道簡(jiǎn)易棧橋midas設(shè)計(jì)校驗(yàn)</p><p>　　摘要：隨著隧道施工新規(guī)范的要求：隧道仰拱的澆筑要一次成型，避免分部灌筑。全幅的仰拱施工能提高結(jié)構(gòu)的耐久性，改善受力狀態(tài)，對(duì)于底板為軟巖大變形或者其他地質(zhì)災(zāi)害地段，這一條是非常必要的。因隧道施工車輛行駛的干擾，所以需要架設(shè)仰拱棧橋來保證各工序的有序進(jìn)行。本文通過對(duì)I36b工鋼制造12m長(zhǎng)的片式棧橋進(jìn)行midas的數(shù)值模擬計(jì)算，校驗(yàn)是否滿足通車

2、要求，保證隧道施工的安全，對(duì)同類仰拱棧橋的設(shè)計(jì)計(jì)算有一定的借鑒意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：仰拱棧橋；midas civil建模；梁?jiǎn)卧粌?nèi)力 </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　1.概述 </b></p><p>　　目前國(guó)內(nèi)隧道施工中自制的仰拱棧橋已是一

3、項(xiàng)成熟的經(jīng)驗(yàn)，且大多是跨度小、載重輕、結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單的片式仰拱棧橋。該棧橋結(jié)構(gòu)合理、移動(dòng)方便，把掘進(jìn)、初期支護(hù)和襯砌施工流水線連成一體，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、初期支護(hù)與二次襯砌等多個(gè)施工工序的平行流水作業(yè)。結(jié)合在我隧道實(shí)際施工的需要，擬制作簡(jiǎn)易片式仰拱棧橋：仰拱棧橋由兩片梁板組成，每片梁板由4根I36b工字鋼焊接而成，工鋼長(zhǎng)度為12m，間距分別為35cm，20cm，35cm，所以單片梁板的寬度為90+13.8cm=103.8，以保證車輛輪胎行駛寬度。

4、為避免棧橋在集中汽車荷載作用下局部失穩(wěn)，間隔1.0m設(shè)置橫向連系梁，采用HW175型鋼。同時(shí)工鋼頂部用φ22螺紋鋼筋連成整體，縱向間距10cm，以提高棧橋結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)、外強(qiáng)度和剛度?？v向兩端做成1m長(zhǎng)坡道方便車輛通行。兩幅棧橋橫向間距根據(jù)車輪輪距布置，保證車輪壓在棧橋中部，見圖1. </p><p><b>　　圖1 棧橋簡(jiǎn)圖 </b></p><p>　　2.棧橋的

5、設(shè)計(jì)計(jì)算 </p><p>　　2.1 棧橋通行車輛 </p><p>　　通過仰拱的主要施工機(jī)械為紅巖金剛自卸汽車、ZLC50裝載機(jī)、PC220挖掘機(jī)、混凝土運(yùn)輸車等，其自重、寬度等參數(shù)見表1。 </p><p>　　表1 主要施工機(jī)械車輛參數(shù)表 </p><p>　　設(shè)備名稱 空載重量 </p><p><b

6、>　?。╰） 重載重量 </b></p><p>　　（t） 行走寬度（mm） 輪胎寬度（cm） 輪距凈寬（mm） </p><p>　　ZLC50裝載機(jī) 22 25 2950 64.5 1560 </p><p>　　紅巖金剛汽車 12.5 30 2500 28.32 1860 </p><p>　　PC220挖掘機(jī) 21

7、.7 23 2880 500 1800 </p><p>　　砼運(yùn)輸車 13.35 25 2498 28.32 1860 </p><p>　　通過表1 可知，本計(jì)算應(yīng)以運(yùn)碴時(shí)通過的紅巖金剛自卸汽車作為仰拱棧橋驗(yàn)算荷載，為了安全，計(jì)算以40t的公路大型自卸汽車為驗(yàn)算荷載，且計(jì)算時(shí)仰拱棧橋只承載一輛40t的汽車。40t的汽車技術(shù)參數(shù)見表2[1]。 </p><p>　

8、　表240t汽車技術(shù)參數(shù) </p><p>　　總重（KN） 前軸重（KN） 后軸重（KN） 軸距（m） 輪距（m） </p><p>　　400 80 320 4+1.4 1.8 </p><p>　　2.2棧橋荷載分析確定[2] </p><p>　　根據(jù)受力情況可知，汽車作用在棧橋上的荷載，可視為集中荷載。且最不利荷載的位置是第一個(gè)后輪

9、位于軌梁中間時(shí)，前后輪的間距為4.0m，兩個(gè)后輪的間距為1.4m。前輪重4t，后兩輪分別重8t的荷載作用在單片梁上，其長(zhǎng)度為10m，其受力簡(jiǎn)圖見圖2。 </p><p><b>　　圖2 受力簡(jiǎn)圖 </b></p><p>　　2.3棧橋midas建模 </p><p>　　本次計(jì)算主要是考慮棧橋的變形和應(yīng)力分析，因此建模時(shí)要注意構(gòu)件截面形狀的

10、準(zhǔn)確性。采用midas civil有限元程序，縱梁、橫向連系梁均為梁?jiǎn)卧?，考慮縱橫連系梁之間的受力協(xié)同作用[3]。 </p><p>　?。?）選取材料為鋼材-GB（S）-Grade3,為I36b工鋼及HW175型鋼材質(zhì)，選取GB03（S）-Q345，為φ22鋼筋材質(zhì)，各截面的選擇均采用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，建立主梁為I36b工鋼，橫梁為HW175型鋼，主梁頂面為φ22螺紋鋼，模型建立見圖3。 </p>&l

11、t;p><b>　　圖3 模型建立 </b></p><p>　?。?）邊界條件為I36b工鋼主梁兩端簡(jiǎn)支見圖4： </p><p><b>　　圖4 邊界條件 </b></p><p>　?。?）荷載加載：根據(jù)最不利位置荷載施加梁?jiǎn)卧泻奢d見圖3： </p><p>　　根據(jù)受力簡(jiǎn)圖施加荷

12、載，再結(jié)合汽車輪胎實(shí)際作用的位置確定前輪作用為梁?jiǎn)卧泻奢d-40KN，第一后輪為中間主梁梁端節(jié)點(diǎn)集中荷載分別為-40KN，第二后輪為梁?jiǎn)卧泻奢d作用在中間I36b工鋼主梁上分別為-40KN。見圖5 </p><p>　　考慮后期棧橋上會(huì)存有混凝土塊、碴石及后期加焊鋼板等因素，導(dǎo)致重量的增加，故考慮取自重系數(shù)1.1，可滿足結(jié)構(gòu)要求。 </p><p><b>　　圖5 加載條件

13、 </b></p><p>　　2.4 棧橋midas結(jié)構(gòu)分析結(jié)果 </p><p>　　（1）梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度校驗(yàn) </p><p>　　應(yīng)用midas civil分析計(jì)算結(jié)果，可直接得出梁?jiǎn)卧龖?yīng)力圖（見圖6）： </p><p><b>　　圖6 正應(yīng)力結(jié)果 </b></p><p>

14、　　容易得出，梁?jiǎn)卧畲笳龖?yīng)力為：112.8MPa < [σ]=215 MPa. </p><p>　　工鋼材料為Q235，其抗拉強(qiáng)度為215MPa，安全系數(shù)為1.9，符合使用要求。 </p><p>　?。?）梁?jiǎn)卧魬?yīng)力校核 </p><p>　　計(jì)算梁?jiǎn)卧魬?yīng)力時(shí)，最不利位置荷載施加應(yīng)重新變換，再結(jié)合汽車輪胎實(shí)際作用的位置確定前輪作用為梁?jiǎn)卧泻奢d分別

15、-20KN，第一后輪為主梁梁?jiǎn)卧泻奢d分別為-40KN，第二后輪為主梁梁端節(jié)點(diǎn)集中荷載作用在I36b工鋼主梁端頭上分別為-40KN。 </p><p>　　模型步驟不再詳述，建模施加荷載建模（見圖7）： </p><p><b>　　圖7 建模2加載 </b></p><p>　　應(yīng)用midas civil分析計(jì)算結(jié)果，可直接得出梁?jiǎn)卧魬?yīng)力

16、圖（見圖8）： </p><p>　　圖8 剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果 </p><p>　　容易得出，梁?jiǎn)卧畲蠹魬?yīng)力為：10MPa < [σ]=120 MPa. </p><p>　　工鋼材料為Q235，其抗拉強(qiáng)度為120MPa，安全系數(shù)為12，符合使用要求。 </p><p>　?。?）梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)偠刃：?</p><p>

17、;　　運(yùn)用第一個(gè)計(jì)算模型，可得到位移等值線（見圖9）： </p><p>　　圖9 位移等值線結(jié)果 </p><p>　　容易得出，梁?jiǎn)卧畲笪灰浦担?8.64mm </p><p>　　一般簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)允許撓度，對(duì)撓度要求高的結(jié)構(gòu)[4]，[f]=[L/400]=10/400=25mm; </p><p>　　對(duì)撓度要求小的結(jié)構(gòu)，[f]=[L/

18、250]=10/250=40mm; </p><p>　　所以，棧橋最大撓度值[f]稍大于要求較高撓度允許值，但考慮到棧橋?yàn)榕R時(shí)結(jié)構(gòu)物，且最大撓度值遠(yuǎn)小于要求較小的結(jié)構(gòu)撓度值，此棧橋結(jié)構(gòu)可用。 </p><p><b>　　3 總結(jié) </b></p><p>　　通過midas civil模型的簡(jiǎn)單計(jì)算，可得出以下結(jié)論： </p>

19、<p>　　（1）設(shè)計(jì)12m片式簡(jiǎn)易棧橋可滿足施工要求，計(jì)算時(shí)考慮自重系數(shù)1.1及汽車載重40t都要比實(shí)際大一些，提高了安全系數(shù)。 </p><p>　　（2）midas civil強(qiáng)度及剛度計(jì)算可直觀查看整片棧橋中的應(yīng)力大小分布情況，有利于后期進(jìn)行加固焊接位置的確定。 </p><p>　?。?）隧道實(shí)際使用這個(gè)棧橋，到施工結(jié)束都沒有出現(xiàn)過棧橋失穩(wěn)的情況發(fā)生，故計(jì)算是可靠的。

20、 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 郭小華.隧道片式仰拱棧橋動(dòng)載作用下強(qiáng)度及剛度校核[J].隧道建設(shè)，2009 </p><p>　　[2] 龍馭球等.結(jié)構(gòu)力學(xué)（I）[M].北京：高等教育出版社,2010 </p><p>　　[3] 張華軍.隧道簡(jiǎn)易仰拱棧橋設(shè)計(jì)[J].Val