一种曲线段可变式钢模台车拱顶模板规格及参数划分方法与流程

本发明属于地下洞库混凝土衬砌施工装备
技术领域：
，具体涉及一种能够满足变截面弯道洞库施工需求的一套曲线段可变式钢模台车拱顶模板规格及参数的划分方法。
背景技术：
：混凝土被复钢模台车是地下洞库施工过程中二次衬砌常用的非标产品，拱顶模板是其中必不可少的部件，它对洞库混凝土被复的表面质量起着关键作用。弯道洞库主要参数包括弯道半径、高度、拱形、跨度等。在多断面弯道洞库工程施工中，经常会遇到由于洞库的拱形、跨度或二者兼有的变化引起洞库断面参数的改变，变化的洞库断面使得传统采用某一套规格的拱顶模板不能满足施工需求，而需要配备和更换多套拱顶模板进行施工。这样，不仅增加了模具投入、生产管理、转场运输等费用，而且在实际施工中，更换一套模板，还需要重复循环人工立模、拆模、搬运、支模等过程，大大增加了人工劳动强度和工程成本。以一台重量60t、长度12m、跨度5m的普通钢模台车为例，一种弯道断面施工中约需50多个1.0m(长)x1.2m(宽)的拱顶模板，混凝土被复前期和后期人工立模和拆模约需8个工人10-12天的工作周期。为此，研制一套能够满足变截面弯道洞库施工需求的曲线段可变式钢模台车拱顶模板，能够大大减少模具投入，降低工程周期，明显提高工程的实际效益。技术实现要素：要提高曲线段可变式钢模台车拱顶模板的通用与互换性，其关键技术是对拱顶模板的规格及参数进行合理划分，主要原因有以下两点：一是钢模台车作为洞库混凝土衬砌的常用设备，其传统模板的工艺结构、生产制造、安装施工等技术已基本完善，作为相对成熟技术可以借鉴到曲线段可变式钢模台车的拱顶模板研制中；但另外一方面，弯道洞库的拱顶断面形状与直线段洞库相比较为复杂，如何通过最少规格的模板单元节拼接、以逼近不同跨度的拱顶理论弧线是目前工程施工中的一个技术难题。为解决上述技术问题，本发明提出了一种曲线段可变式钢模台车的拱顶模板规格及参数的划分方法，具体包括以下步骤：一是画出标准宽为1200mm的一个单元节拱顶模板展开图。1.1分别以r、(其中r为弯道半径，li为跨度，i为跨度序号)为半径画出各跨度的外侧、内侧及中间圆弧；1.2在外侧圆弧上，截取一条弧长为1200mm的标准宽，将圆心分别与圆弧两端点相连；1.3连线分别与内侧圆弧交于另外两点，则该四点所组成的平面图形为一个单元节拱顶模板展开图，该展开图的内外两边分别位于各跨度的内外两侧理论圆弧上，另外两边沿径向分布。二是用内外两侧圆弧的弦长代替相应弧长，得到一个拱顶模板单元节展开图的分析模型。2.1拱顶模板依靠其自身的自适应弧特殊结构，在钢模台车的拱梁弧形支撑以及安装工艺下，使其发生塑性变形，多块模板拼接成空间曲面，但在制造时的面板下料阶段，需将弧长1200mm单元节模板的面板展开成平面几何图形；2.2一般情况下，由于弯道曲线的曲率半径较大，模板内外两侧的弧长与其对应的弦长差别甚小，利用弦长分别代替相应弧长而引起的误差对于建筑工程可以完全忽略不计，因此，一个拱顶模板单元节展开图的分析模型则可简化为一个等腰梯形，其中两腰分别位于不同跨度下的理论圆的径向线上，上下两底边分别为相应圆弧的弦线。三是根据各单元节展开图的分析模型和各跨度的模板拱顶圆弧分布图之间的投影对应关系，划分模板规格。3.1按照拱形、跨度、失高、拱半径、圆心位置等拱顶圆弧参数，画出各跨度的理论模板拱顶圆弧；3.2用标准长为1000mm的弧长由上向下或由下向上依次划分各跨度的理论模板拱顶圆弧；3.3利用划分的理论模板拱顶圆弧与拱顶模板单元节展开图的分析模型之间的投影对应关系，依次将各跨度的单元节模板划分为若干个预标准模板和一个预特殊模板，其中1000mm弧长所对应的模板为预标准模板，最后划分的一个不足1000mm弧长所对应的模板为预特殊模板；3.4对各预标准模板和预特殊模板进行编号，其中预标准模板记为“标i,n”，预特殊模板记为“特i,1”，其中i为跨度序号。四是将一种跨度的模板单元节与其余几种跨度模板单元节的廓形尺寸进行对比分析，设置误差最少的一种为基准单元节，并利用基准单元节优化标准模板规格。4.1按照步骤三划分的标准模板规格数量与跨度有关，一般情况下有几十种，标准模板规格数量过多，需要优化；4.2分析各跨度单元节廓形，将其中一种跨度的模板单元节与其余几种跨度的模板单元节的廓形尺寸进行对比分析，设置误差最少的一种为基准单元节；4.3将步骤三中划分的基准单元节的预标准模板设置为最终标准模板，并记为“标n”，n为标准模板序号。五是结合模板的制造和安装工艺，优化特殊模板规格。5.1为便于制造和安装模板，划分的所有模板长度应大于500mm，因此，在设置特殊模板时，应将长度不足500mm的特殊模板与其相连的标准模板合并，并设置为一个特殊模板，同时减少一个该跨度下的标准模板数量；5.2将优化后的特殊模板记为“特i”，i为跨度序号。六是根据各模板编号，绘制模板规格尺寸表。按照步骤四、五划分的标准模板和特殊模板，结合曲线段可变式钢模台车的结构及技术参数，绘制各跨度的模板规格尺寸表。七是按照模板规格尺寸表，绘制各跨度模板配备表及展开图。本发明的有益效果为：本发明给出了一种弯道洞库由于跨度不同引起洞库断面参数改变时拱顶模板规格及参数划分方法，当拱形发生改变时(工程中常见的拱形有1/4和1/2拱)，只需在步骤三之3.1中按照相应拱形下的拱顶圆弧参数，画出各跨度的理论模板拱顶圆弧后，再依次完成其余步骤即可。通过本发明的方法，进行弯道洞库施工时，只需要增减标准模板和更换特殊模板即可，极大的降低了人工劳动强度和工程成本。以弯道半径为50000mm、1/4拱、变跨范围4000mm-6000mm(步距500mm)的曲线段可变式钢模台车为例，当由最小跨度4000mm变为最大跨度6000mm时，变化量最大，此时仅需要在4000mm跨拱顶模板的基础上，增加九个“标5”和“标6”，同时将“特1”换成“特5”即可，工程量可减少约50％。更为明显的是，本套拱顶模板至少可以代替传统五种断面的拱顶模板，工程成本大大减低。附图说明图1为4000mm跨拱顶模板展开图。图2为4500mm跨拱顶模板展开图。图3为5000mm跨拱顶模板展开图。图4为5500mm跨拱顶模板展开图。图5为6000mm跨拱顶模板展开图。图6为4000mm跨单元节分析模型及尺寸。图7为4500mm跨单元节分析模型及尺寸。图8为5000mm跨单元节分析模型及尺寸。图9为5500mm跨单元节分析模型及尺寸。图10为6000mm跨单元节分析模型及尺寸。图11为用1000mm弧长划分4000mm跨拱顶模板。图12为用1000mm弧长划分4500mm跨拱顶模板。图13为用1000mm弧长划分5000mm跨拱顶模板。图14为用1000mm弧长划分5500mm跨拱顶模板。图15为用1000mm弧长划分6000mm跨拱顶模板。图16为4000mm跨单元节模板规格划分图。图17为4500mm跨单元节模板规格划分图。图18为5000mm跨单元节模板规格划分图。图19为5500mm跨单元节模板规格划分图。图20为6000mm跨单元节模板规格划分图。图21为4000mm跨拱顶模板展开图。图22为4500mm跨拱顶模板展开图。图23为5000mm跨拱顶模板展开图。图24为5500mm跨拱顶模板展开图。图25为6000mm拱顶跨模板展开图。图26为表2中标准模板和特殊模板的图示。图27为4000mm跨一截(3600mm长)拱顶跨模板空间排列图。图28为本发明的方法流程图。具体实施方式下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。本发明以实际洞库施工中最常见的弯道半径为50000mm、1/4拱、变跨范围4000mm-6000mm(步距500mm)为例，列举出一种应用于曲线段可变式钢模台车(由三截框架系统组成、每截轴向长度约3600mm，总长约10800mm，各截既可单独使用，也可组合使用)上的拱顶模板规格及参数的划分方法。具体步骤如下：一、画出标准宽为1200mm的九个单元节拱顶模板展开图。1.1分别画出4000mm、4500mm、5000mm、5500mm、6000mm五种跨度的拱顶模板外侧、内侧及中间圆弧，各跨度的拱顶模板圆弧半径如表1所示。表1五种跨度的拱顶模板外侧、内侧及中间圆弧半径(单位mm)跨度序号跨度外侧圆弧半径内侧圆弧半径中间圆弧半径14000520004800050000245005225047750500003500052500475005000045500527504725050000560005300047000500001.2在各跨度的外侧圆弧上，顺次截取九条标准宽为1200mm的弧长，并将圆心分别与外侧圆弧的各端点相连；1.3连线分别与内侧圆弧相交，得到九条内侧圆弧，则由内、外两侧各九段圆弧和十条径向线段所组成的图形为曲线段可变式钢模台车的拱顶模板展开图。4000-6000mm各跨度拱顶模板展开图如图1-5所示。二、取出各跨度的一个拱顶模板单元节展开图，并用内外两侧圆弧的弦长代替相应弧长，得到各跨度一个拱顶模板单元节展开图的分析模型。2.1由于弯道曲线的曲率半径较大，模板内外两侧的弧长与其对应的弦长差别甚小，利用弦长分别代替相应弧长而引起的误差对于建筑工程可以完全忽略不计；2.24000-6000mm的每一个拱顶模板单元节展开图的分析模型则可简化为一个等腰梯形。不同跨度各单元节分析模型及尺寸如图6-10所示。三、根据各单元节展开图的分析模型和各跨度的模板拱顶圆弧分布图之间的投影对应关系，划分模板规格。3.1按照拱形、跨度、失高、拱半径、圆心位置等拱顶圆弧参数，画出4000-6000mm各跨度的理论模板拱顶圆弧；3.2用标准长为1000mm的弧长依次划分各跨度的理论模板拱顶圆弧,各跨度的理论模板拱顶圆弧划分结果如图11-15所示；3.3利用划分的理论模板拱顶圆弧与拱顶模板单元节展开图的分析模型之间的投影对应关系，依次将各跨度的单元节模板划分为若干个预标准模板和一个预特殊模板，其中1000mm弧长所对应的模板为预标准模板，最后划分的一个不足1000mm弧长所对应的模板为预特殊模板，各跨度的单元节模板规格划分结果如图16-20所示；3.4对各预标准模板和预特殊模板进行编号，其中预标准模板记为“标i,n”，预特殊模板记为“特i,1”，其中i为跨度序号。四、将一种跨度的模板单元节与其余几种跨度模板单元节的廓形尺寸进行对比分析，设置误差最少的一种为基准单元节，并利用基准单元节优化预标准模板规格，确定出标准模板规格。4.1按照步骤三划分的4000-6000mm预标准模板规格有二十六种，预标准模板规格数量过多，需要优化；4.2经过分析各跨度单元节廓形，将5000mm跨的单元节与其余四种跨度单元节的廓形尺寸进行对比分析，误差最小，最大误差为0.5392mm且出现在6000mm跨度。因此，将5000mm跨的模板单元节设置为基准单元节，并将其“标3,1、标3,2、标3,3、标3,4、标3,5”设置为最终标准拱顶模板，分别记为“标1、标2、标3、标4、标5”，同时，考虑到只有6000mm跨会用到“标5,6”，为减小误差，将6000mm跨对应的“标5,6”模板设置为“标6”。五是结合模板的制造和安装工艺，优化特殊模板规格。5.1为便于制造和安装模板，划分的所有模板长度应大于500mm，因此，在设置特殊模板时，应将长度不足500mm的特殊模板与其相连的标准模板合并，并设置为一个特殊模板，同时减少一个该跨度下的标准模板数量；5.2步骤三中划分的特殊模板只有“特2,1”、“特4,1”的长度小于500mm(分别为“216mm”和“375mm”)，因此，应将“特2,1”、“特4,1”与其相连的标准模板合并为一个特殊模板(合并后这两个特殊模板长度分别为1216mm和1375mm，相应的，应分别减少一个跨度4500mm和5500mm的标准模板)；5.3分别将“特1,1、特2,1+一个标准模板、特3,1、特4,1+一个标准模板、特5,1”设置为“特1、特2、特3、特4、特5”。六、根据各模板编号，绘制模板规格尺寸表。按照步骤四、五划分的标准模板和特殊模板，结合曲线段可变式钢模台车的结构及技术参数，绘制各跨度的模板规格尺寸表。4000-6000mm跨共需十一种拱顶模板，其中标准模板六种，特殊模板五种。各模板规格尺寸表如表2所示。表24000-6000mm跨各模板规格尺寸表七是按照模板规格尺寸表，绘制各跨度模板配备表及展开图。4000-6000mm各跨度所需的拱顶模板规格及数量如表3所示，拱顶模板展开图如图21-25所示。表34000-6000mm各跨度模板配备表以4000mm跨为例，轴线3600mm长一截的拱顶模板空间排列如图27所示，其它跨度排列与其类似。上述给出了一种弯道洞库由于跨度不同引起洞库断面参数改变时曲线段拱顶模板规格及参数划分方法，当拱形发生改变时(工程中常见的拱形有1/4和1/2拱)，只需在步骤三之3.1中按照相应拱形下的拱顶圆弧参数，画出各跨度下理论拱顶模板圆弧后，再依次完成其余步骤即可。具体流程如图28所示。本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，所进行变化、替换以及改变也应视为包含在本发明的保护范围内。当前第1页12