水利渡槽用钢模台车结构有限元分析

2012-10-24赵驭阳

黑龙江水利科技 2012年11期

关键词：钢模台车张拉

赵驭阳

( 河南省郑州水利学校，郑州450008)

针对水利工程施工中使用的一种钢模台车结构进行有限元分析，通过使用SolidWorks 有限元插件，对模板主结构强度进行校核，得出有助于工程实践的数据和经验。

1 软件简介

SolidWorks 软件具有强大的建模功能，其插件Cosmosworks 是功能强大的有限元分析软件，经过实践检验，其数据可靠，具有实用价值。

2 分析过程

2.1 钢模台车介绍

钢模台车是一种为提高隧道衬砌表面光洁度和衬砌速度，并降低劳动强度而设计、制造的专用设备。有边顶拱式、直墙变截面顶拱式、全圆针梁式、全圆穿行式等。采用钢模台车浇筑功效比传统模板高30%，装模、脱模速度快2 ～3 倍，所用的人力是过去的1/5。

全断面针梁式混凝土衬砌钢模台车适应于引水洞、导流洞等为全圆或椭圆的地下洞室的混凝土衬砌施工。

钢模台车主要由外模板、内模板、台车架和各种连接结构几部分组成。其结构图见图1。

图1 钢模台车主视图

2.2 计算工况

此结构计算时按下述工况计算:按照水泥完全浇筑又没有凝固状态。此时按液体压力计算水泥对内外模板以及内部台车架产生的力，此工况为最恶略工况。

2.3 载荷分析

计算时添加载荷主要为混凝土自重载荷，混凝土密度按照2.6 ×103kg/m3计算，混凝土模板所受压力计算公式按照流体压强计算。

由于模板结构特性，对内外模板侧面添加压强时，需要进行分段处理。

在外模处添加压强如下，坐标系说明: 竖直向上为X 正方向，坐标原点设置在外模板最低处，按照此原点，将整个受力曲线分为以下3 段:

第一段受力点坐标:

第一段受力直线方程式:

第二段受力点坐标:

第二段受力直线方程式:

内模处添加压强如下，坐标系说明: 竖直向上为X 正方向，坐标原点设置在内模板最低处:

2.4 材料性质

提梁机主框架金属结构主材为Q235，弹性模量E =2.06e5 Mp，泊松比为0. 3，屈服极限235 MPa，许用应力180 MPa，安全系数1.3。

2.5 有限元模型

本例采用SolidWorks 对钢模台车主结构进行三维建模，计算过程中模型各个部分均与实际设备相应，模型进行适度简化:由于模架长度方向、宽度方向为对称结构，故只对其1/2计算，既不影响计算精度，又能提高计算速度及工作效率。具体模型及网格图见图2 ～图7。

图2 钢模台车结构网格图

网格结果: 节点数=916 652 单元数=449 510

2.6 计算及结果分析

2.6.1 模型计算

在台车底部及模板底部施加固定约束，同时在内外模板添加压应力，压应力分布为分段非均匀分布( 参考2.3 载荷分析中载荷分析) 。

图3 应力框架图

图4 变形云图

2.6.2 结果分析

经过以上计算可得出以下结论: 模板局部应力较大( 如图5、图6) ，应力集中主要分布在钢筋张拉处以及模板拐角处，模板连接处加焊槽钢; 张拉处钢筋受张力大，应力约为425 MPa。需要选用张拉钢筋符合《预应力混凝土用螺纹钢筋》( GB/T 20065—2006) 要求。此外钢筋锚固处需进行加强处理;模板本身安全系数均＞1.33，安全。