建材发展导向2017年12月 路桥建’砹 隧道衬砌台车优化设计探讨 刘建彪 朱德庆 刘兴通 (云南云岭高速公路工 咨询仃限公司 云南省昆}JlJ I}『650200) 摘要:衬砌台年是隧道二衬施工中重要的施工设备。本文根据衬砌 车受力形式类似]:拱,以此对衬砌台 门架进行优化设计,以 云南省某高速公路两车道衬砌台车为例建模分析,从衬砌台车应力发变形着手,最终达到节约用钢量的目的。通过建模分析,优化后的衬 砌台乍最大应力为92.2MPa,最大变形量为1.26mm,均满足卡H关规范要求;通过对比优化 后衬砌台_^ 川钢量,衬砌台1 主要构件}fj钢量 节约8.8%,门架用钢量节约43.7%。 关键词:衬砌台车;台车门架;优化设计:有限几分析:Hj钢最 中图分类号:U455.91 文献标识码:A 文章编号:1672一I675(20l7)23—0285—05 l引言 近年来.我国大力发展举础设施建设,铁路、公路里程数不断增加, :次衬砌通常为圆弧断面,混凝土浇筑时,衬砌台 承受 向压力, 受力结构类似于拱,既承担弯矩也承受轴力。据此,如若在衬砌台车f]架 施工工艺愈加成熟…。在隧道工程Lf_l,二次衬砌施工是重要的施工工序, 其对隧道施工安全、施工进度以及后期运营阶段的维护影响甚人。二次 衬砌通常采用衬砌台车浇筑.其不仅能提高二衬浇筑质量、降低围岩扰 动,而fl具有机械效率高、施工进度快、劳动力成本低等优点【1‘31。 目前,因隧道断面尺寸差异及施工场地限制一 衬台年仍属于非标 产品。缺乏干H应的行业标准.设计 位通常根据隧道截面尺寸、地形条 件、施工荷载及施工成本等因素综合设计衬砌台车,造成台年种类多样、 晕复利用率低等缺点 。对于常用的公路隧道衬砌台车,常以门架』J cl斜撑 作为主要的受力构件,这样的结构形式具有拼装1__=序繁杂、用铡 大、净 空较小等缺点,常用两牟道公路隧道衬砌台,仁如图1所示。本文在整体 设计 1i'尽 J‘能让门架邋近拱形,l1_j梁柱受力形式转为梁拱受力形式,便 可达到优化受力的目的。 『]架受力优化的基础上,对台车各连接构件 进行优化,最终达到台 艇体受力、拼装工序及钢材需求量优化的目的。 衬砌台 门架受力优化过程简图如图2所示。 图2衬砌台车门架受力优化过程简图 分析衬砌台乍受力的基础上,对衬砌台4i门架进行优化,运用Midas— civil(2015)仃限元软件对衬砌台乍整体建模计算,分析衬砌台1| 浇筑 侧模及顶模混凝土时的应力及变形状态,并对比优化前后衬砌台 主要 构件的州钢摄,最后总结本文分析结果。 隧道 次衬砌混凝f:浇筑‘般分两个步骤,先浇筑侧模混凝1:,待 混凝土初凝后,再浇筑衬砌顶部混凝土,这样的浇筑顺序,使得衬砌台1 在受力上分为前后两个小同的阶段161。浇筑侧模混凝土时,衬砌台年土耍 承受侧模丝朴传递的侧向 力F ,此时门架结构受力t ‘简化如图3所 示。 r=竺 i彻 , 一I 逝一^ LI f’ 图3浇筑侧模混凝土衬砌台车门架受力简图 / —山_1一 根据结构力学m,列出力法方 为: , 1 一L' I‘f、 ●-l} }L 蠢 。‘_r 、<\ /i, ’ } ;j-—_ I _T s 曼 i l 一 jj 誓+8lIXI+△l O (1) + 丽1)。+(4n+ +击 . L ! \ 1 、~ ’- —一 l一戮 一I',_一 —,一 ×(3F ̄h+ + + 【}l+而1)×( + +器) + ’‰ 通过公式(1)呵解出x.,最终得到门架B点(D点)的弯矩、AB段及 I l‘I 图1两车道公路隧道村砌台车(单位:mm) Bc段跨[}I弯矩。具体如卜: M.=(F +X1)×h 亍 ‘ MI1: 3 F +x一(2) 2衬砌台车门架优化设计 隧道开挖过程中,围岩有一定的自稳能力,形成‘拱”受力。隧道初期 支护与二次衬砌组成复合衬砌承受隧道围岩压力,对于围岩较好的地 段,围岩压力主要由初期支护承担,一次衬砌作为安全储备,而对 围岩 较差的地段, 次衬砌承担较大的围岩压力m = 次衬砌施工期问,衬砌 自重及施工荷载由陈琴台车承担。 )×I (3) M =(F +x1)×(h+ I)+ ×(h+ 1+ ) 行,町不考虑侧模混凝土产生的侧向压力,结构受力如图4所示。 (4) 根据 次衬砌浇筑顺序,拱顶混凝}:浇筑需在侧模混凝土初凝后进 ・285・ 路桥建设 F项j .j 【F顶 建材发展导向2017年l2月 模过程繁杂、计算量较大。本文取两个门架所包含的主体结构建模计算, r顶 \ r顶 ;/ 兰 计算结果能较好地代表整个村砌台车受力状态。衬砌台车有限元模型见 图6。 、 7 图4浇筑拱顶混凝土时衬砌台车门架受力筒图 结构力法方程为: 6lIXI+△l =O (5) s -= + [3(2 + 一 2 + 『1 △ 20h+ )x Fj ̄12 1--●●●图6衬硼台车有限元模型 衬砌台车有限元模型共划分为13 l5个竹点,1613个单元,衬砌台车 板与L型角钢采用板单元模拟,其余E体结构均采用粱单厄。顶模与 运用公式(5)解出X,,最终得到门架B点(D点)的弯矩及BC段跨 ●、●●●●l 侧模之间采用铰接,即不传递弯矩:侧模丝杆与模板横杆、门架连接处均 按铰接处理:托架立柱、上横梁、纵粱、门架之间按刚性处理。荷载作用 门架底部及拱肋肋脚不存在平动,因此约束x、Y和z方向的位移。 根据衬砌台车实际受力状况,按三种工’况考虑:工况一,浇筑侧模混 中弯矩。具体如下: MB=XIxh (6) ,M x:x h+ 卜 l (7) 凝土产生的作用效应;:l:况二,侧模混凝土初凝后,浇筑顶模混凝土产生 的作用效应:工况三,同时浇筑侧模、顶模混凝上产生的作用效应。 从式(1)~(7)【{J看出,各控制截面弯矩值均为夹角击的多次函数,当 】、h、F 及F, 一定时,各截面的弯矩值随着 的变化而变化。为了求取 各控制截面弯矩极小值,分别对 求导,最终得到当 =48.5。时,符控制 截面弯矩值最小。 4结果分析 根据《建筑施工模板安全技术规范》(JTGI62—2008)相关规定,支架 的压缩变形或弹性挠度,为相应的结构计算跨度的1110013:组合钢模板 的容许变形值为1.5ram 钢面板抗弯强度及支撑楞梁抗弯强度需满足 根据上文计算,优化后的衬砌台车主体结构如图5所示,单位为cjm。 d≤f,其中f为钢材抗弯强度设计值,Q235钢材取215MPa。衬砌台车钢 模板在i种工况作用下的应力如图7 ̄9所,ji。 l—f 乍l甸散 2一拱聃:3~向敬绡钢:4一托架直}1::5一I 磺桨:6_】 姒桨:7一¨架:8一门 架连杆;9一侧模L丝朴:10一侧模中丝杆:I I一侧模底丝丰f;12一模板横杆。 图5两车道公路隧道衬砌台车主体结构l优化后) 3有限元计算 为模拟衬砌台车在混凝:L浇筑过程中的受力状况,问时验证门架优 化设计效果,以云南省某高速公路两车道隧道二次衬砌施lll:为例,运用 Midas—Civil(2015)有限元软件对衬砌台乍建模计算,分析不同工况下衬 砌台车应力、变形状态 。衬砌台车荷载计算取V级围岩段衬砌厚度45cm, 钢筋混凝土重度取26kN/m 。衬砌台车施工荷载及荷载效应组合根据《建 图7工况一作用下钢模板应力图 筑施工模扳安全技术规范》(JTG162—2008)I ̄l考虑,具体见表l。 表1衬砌台车施工荷载及荷载效应组合 浇筑位簧 荷载类型 自重 荷载值 荷载效应组合 荷载效应组合 系数(强度) 系数(变形) 78.5kN,Ⅱ 1.35 1.0 浇筑侧模 新浇筑混凝土侧压力 混凝土振捣荷载 22kN/m 4kN/m 1-35 1.4 1.0 1.0 人群荷载 自承 I.5kN/m 78.5kN/m 1.4 1_35 1.0 1.O 浇筑顶模 新浇筑混凝土自重 混凝土振捣荷载 人群荷载 I1.7kN/m2 2kN/m 1.5kN,m2 l-35 1.4 1.4 1.0 1.0 1.O 图8工况二作用下钢模板应力图 衬砌台车实际受力复杂,如若建立整个衬砌台车有限元模型,则建 建材发胜导 2017年12 JlJ 路桥建设 图12工况三作用下衬砌台车弯矩图 图9-./-况三作用下钢模板应力图 从图7-9中再出,1二况‘作刚下,侧模底部 最人J 力48.6MPa, 均位j 门架 卜剂,最大弯矩值为38.6kN ̄rll,衬砌台车rJ架设计需增加 相应截面尺、 应力集中现象明 ;工况 作用F,托架 杆顶部钢模板仃最大应力 20.JMPa;工况三作用F,最大应力为5】.9MPn,发乍】 侧模底音ff i个_Ⅲ: 况作刚F,衬砌台乍钢模扳应力 均小r锌许应 215MPa,满足规范要 求。从钢模板应力值分砧来看,混凝}:浇筑部分对术浇 分钢模扳影响 很小。对比 工况最人虑力值,侧十萸浇筑最人应力约为顶模浇筑应力的2 倍, 工况‘和工况三对{!l!IJ模底部的影响市H当 侧模底部及托架●:托项 部存在应力集中,衬砌台 没计时需卡H应加强。 衬砌臼车门架及E要构件 l 种]:况作用F的弯 图如 10~12 所示。 1 况‘、工况 及工 _二作用下,衬砌台车各构件主要应力值如图 13~15所示。 图l3工况一作用下衬砌台车应力图 图JO工况一作用下衬砌台车弯矩囤 图14工况二作用下衬砌台车应力图 由图13~l5可甜,工况 、工况:作刖I-,衬砌台车最大应力分别为 92.2MPa和70 lMPa,最大应力均发生于侧模顶部,在侧模中部横杆处存 在应力集中现象,应力较人:工况 作用t-,衬砌台年受力均匀,最大应 力为68.1MPa,上纵梁与rj架连接处仔在应力集Lf1现象。三个工况作用 下,衬砌台印各构什应力值均小r容许应力215MPa,满足规范要求。衬 图1 1工况二作用下衬砌台车弯矩图 砌台乍设汁时,需_f『针对性的加强侧模顶部及侧模巾部截面尺寸。 i个工况作用 。衬砌台车主要变形值如图16~18所示。 从图10~12弯矩图rI1看出,一个工况作用下.衬砌台 最人弯矩值 路桥建设 建材发ff芝导IifJ 2017年12 Jj 图l 5工况三作用下衬砌台车应力图 圈l 8工况三作用下衬砌台车变形图 表2衬砌台车主要构件变形值 序号 构件 工况‘(mm) 工况 (mm) 工况: (nmD 容许值(nm1) 是否满足 1 2 3 4 钢模板 L横梁 L纵粱 门架 1.26 0.47 0-39 0.23 O.06 0.73 0.73 0.67 O.24 O_36 0.81 O.14 O.14 0.10 0.14 1.5O 2.8O 3 60 2.20 3.40 足 足 是 足 是 5 门架连杆 6 模板横杆 1.26 0.60 0.78 3.60 足 表3 l2-.-衬砌台车主要构件用钢量(优化前) 序号 } 2 铭称 台车 板 拱肋 型号或厚度 IO 3o0x10 K度(mm) 2()68O 20680 楸数 l 9 眼璧ckg) l948O.6 4383 3 面板角铡 L80x5x9 l5oo 570 664 18 6186.2 583 8 4 图l6工况一作用下衬砌台车变形图 5 6 托架立柱 上横粱 上纵粱 2根221 槽钢 工25 ]:32 l270 l610 18 l8 1300.8 l658.9 76l0 I20o0 9 4 2876.6 30l4.1 7 8 9 lO 1l l2 13 门架横粱 门架立柱 门架斜杆 门架横撑 但9模一上:丝杆 侧模巾丝杆 侧模底缝杆 582x300x10xI4 5O0×3oo×lo×J4 工25 工25 击89x6 由89x6 由89x6 7l60 4l2O 4757 2379 l152 l507 l808 6 6 6 6 l2 12 12 4795.5 52oo6 2397.5 I199 l7O.9 223.6 268.2 l4 模板横杆 8Oxl30 ̄10 合计 l2Ooo 6 2147 8 55887.1 门架刚钢最7651.5kg,通过门架优化 约钢材约43.7%,实现J,火 节 约钢材用量的¨的。 圈”工况二作用下衬砌台车变形图 5结语 隧道衬砌俞年是一次衬砌施工中晕要的施工设备。小文根据衬砌台 受力形式类似 拱,以此对衬砌台1 门架j_!}行优化设汁,以云南省菜 高速公路两车道衬砌台车为例建模分析,从衬砌台 逦力及变形荇 , 以优化后节约钢材量为F{的。分析衬砌台1 应力及变形发现,混凝f:浇 从图16~I8中看出,1:况一、工况-j作J_}3 F,最大化移分别为1.26t”№ 0.73mm,均发牛于侧模中{fI_f;工况一 作用 最火化移为O.73ram,发生于 拱顶何 。 个工况作用F,衬砌台4i钢模板变形均小J 容 值1.5mm, 计砌台1 各flJ件变彤值她表2。侧模浇筑产牛的变形鞋约为顶模浇筑的 1.75倍.同时浇筑侧模、顶模混擞卜仃利J 降低侧模变形。 衬砌台乍设 计时’l叮有针对性的加强侧模r}l部的支撑强度,以减小侧向位移。 为lr对比衬砌台年优化前、后刖钢量的变化,表3 ̄4分别列川优化 筑过程,}1I衬砌台 侧模底部、顶部以及顶模顶部化置仔 较大应 集 t ,侧模l}1部仃较大变形。浇筑侧模混凝土 -, 的效应约为顶模效应的2 通过建模分析,优化后的衬砌台乍最大应力为92.2MPa,小F容讷:应 倍,混凝 浇筑部分对未浇部分钢模板影响很小。 力215YlPa,最大变形量为1.26mn ,满足规范相关变形要求;通过计算对 前后衬砌台1 主耍构件的用钢艇。 从表3~4中肴m,对j 衬砌台1i 1三要构件,优化前 要构件刚钢量 为55887.1kg,优化后用钢量为50967.9kg,通过优化节钢材约8.8% 对_卜 衬砌台1二门架,优化前衬砌台1 rJ架川j钢最为13592.6kg,优化后衬砌俞 比优化自 后衬砌台11用钢量,优化后衬砌台乍j 要构仆用钢景1 约 8.8%,衬砌台1 fq架用钢鬣竹约43.7% ・288・ 建材发展导向2017年l2月 建设经济 建筑工程合同价款的确定与调整探析 杨发翠 (芜湖建联工程造价师事务所有限公司) 摘要:在建筑工程方面的研究中,建筑工程施工合同签订中,针对价款方面往往难以调整到合同双方满意的程度,双方由此在利益 方面形成对立面,故在施工合同价款的确定与调整直接关系到施工方的利益及项目结算。。基于上述研究背景,本文主要对建筑工程合同 价款确定与调整的相关内容进行分析,以确保建筑工程合同价款能够更好的适应不断变化的合同状态。 关键词:建筑工程;合同价款;合理调整 中图分类号:F284 文献标识码:A 文章编号:1672—1675(2017)23—0289—02 1引言 目前,我国建筑工程合同价款的定价模式逐渐朝着更适应现代化市 程度等,需在结合当前施工合同签订内容的基础上,制定额外的调整方案。 2.3工程项目价款的结算方式 在竣工阶段,工程项目价款的结算方式、付款数额、支付时限等。 场经济的市场调节价模式转变,由于施工合同本身并没有明确和详细的 内容界定该怎样合理分担合同价款,故一旦有致使价款调整的风险发 生,则双方无法明确各自需要承担的责权利,合同参与者难以选用符合 情理的方式来完成合同价款的调整,最终会导致项目谈判成本持续增 长。因此,在当前的工程交易中,迫切需要制定出一套实用性强、合理性 强、准确性高的合同价款调整方式,以进一步提高我国建筑市场合同价 款管理的合理性、规范性。 2.4以奖惩的方式处理工程价款 若工程在工期内保质完成,可予以适当的激励奖赏措施;若工程在 工期内未完成,需采取惩罚措施。 2.5工程项目价款的担保 目前,我国建筑行业内容针对部分工程项目价款所采用的付款方 式、结算方式、激励奖赏或惩罚、担保方式等做出了基本规定,在签订工 程价款合同时,应针对上述可能发生的合同纠纷进行明确,以尽可能降 2明确建筑工程合同价款需要调整的内容 发包方跟承包方在项目开工前为了使工程顺利有序的进行需共同 低合同纠纷的可能性。我国建筑工程合同中关于价款的确定经历了一个变化过程:由传统 签订合同,其目的是约束承发包两方必须按合同的规定来完成施工内 容,当施工质量不达标时,则依托承发包双方当初签订的合同划分权责 对承包方予以奖惩或赔偿。 的政府指导定价转变为以市场调节为主的定价模式。在我国加入WTO 后,为了进一步巩固我国的国际市场地位,争取更多的国际市场机会,实 施市场调节的定价模式已成为我国建筑行业的主流。从我国建筑市场调 查结果来看,大部分建筑企业几乎不具备研究劳动力成本、材料成本和 机械设备成本等,这就使得建筑工程参与方难以及时、准确的获取价格 信息,进而降低了建筑施工企业对生产要素价格变动的风险控制能力。 建筑工程合同确定的价款明细包括以下五个方面的内容: 2.1工程价款的支付 预付价款(支付方式、时限、抵扣方式)、进度款(支付数额、支付方 式、时限)和工程施工变更时的价款(支付方式、索赔条件、时限)。 2.2工程价款发生纠纷时需要调整的内容 一3分析建筑工程合同价款产生调整的因素 目前,工程量清单计价模式一这种采用“量价分离”的计价模式,通 旦工程价款出现纠纷,其解决办法、合同双方需要承担的风险范围与 夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・寺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・寺 ・ ・夺・夺・夺・争・÷・串・夺・牛・夺・串・孛・夺・夺・争・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・寺・寺・寺-・ 表4 12m衬砌台车主要构件用钢量(优化后) 序号 1 2 3 7l-72. 名称 台车面板 拱肋 面板角钢 型号或厚度 l0 3O0×10 L80x5x9 长度(mm) 20680 20680 l500 649 根数 重量(kg) 1 9 664 18 [2】李忠忱.霞浦隧道可变断面衬砌台车设计[J].铁道建筑技术,2009(6): 60-62. 19480.6 4383 6186.2 28I.5 [3]徐爱英,牛旭,赵增耀.隧道衬砌台车有限元结构仿真及优化设计[J].塔 里木大学学报,2009,21(3). 【4】张科.全液压自动行走混凝土衬砌台车结构受力计算[J].工程建设与设 计,2008(11):81~85. , 4 托架立柱 工18 1374 1618 l8 9 596 350.9 5 上横梁 上纵梁1 250×25O×9×14 35O×250×9×14 槽钢25a(250x78x7) 槽钢25a(250x78x7) 500x3OO×1Ox14一 76lO 120o0 10800 10800 l3234 9 2 4 4 d 4956 1904.7 1183.5 ll83.5 7372.9 [5】隋修志.隧道工程【M】 京:中国铁道出版社,2010. [6]RIJ春阳.浅谈隧道二衬施工质量常见问题及处理措施技术研究[J].建筑 工程技术与设计,2014(6). [7]李廉锟.结构力学【M].北京:高等教育出版社,2010. [8】赵增耀.有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中的应用[D].西 安:长安大学,2009. [9]中华人民共和国建设部.建筑施工模板安全技术规范[M】.北京:中国建 筑工业出版社,2008. 6 上纵梁2 上纵梁3 7 门架 -l130x3O0×lOx14 -478x300x1Ox14 8 门架连杆 工16 340 4 278.6 9 侧模上丝杆 1O 侧模中丝杆 11 侧模底丝杆 12 模板横杆 由89x6 +89x6  ̄89x6 80x130x1O 合计 l152 1507 l808 12000 12 12 12 6 170.9 223.6 268.2 2147.8 50967.9 收稿日期:2017—9—28 作者简介:刘建彪(1966一),男,汉族,高级工程师,本科,主要从事公路工 程方面工作。 参考文献 【1】隆杰.隧道衬砌台车设计的初步探讨[J].企业技术开发,2010,29(23) ・289・