一、模板基本结构
本标段防撞墙模板组合钢模板,面板采用δ=5mm钢板,横肋采用厚度δ=6mm,宽100mm扁钢,间距为320mm;;中竖肋采用厚度δ=6mm,宽100mm扁钢,间距为305mm;连接竖肋采用厚度δ=8mm,宽100mm扁钢,间距为270mm;模板四角采用4个φ16mm拉杆对拉。具体详见模板设计图。
二、荷载计算
1、振捣砼所产生的荷载
P1=4KN/m2,作用范围在有效压力高度之内。
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2、倾倒砼所产生的水平动力荷载
P2=2KN/m2,施工采用吊罐浇注。
3、根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)第309页公式D-1、D-2,按下列二式计算,取其中最小值:
P=0.22γt0β1β2V1/2
D—1
=0.22×25×200/(20+15)×1.0×1.15×1.01/2=36.1(kPa)
P=γH=25×1.18=29.5(kPa) D—2
取P =29.5(kPa)
根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)第66页表9.2.2进行荷载组合,考虑振动荷载4 kPa,倾倒砼所产生的水平动力荷载2kPa,则
Pmax=P1+P2+P3=4+2+29.5=35.5 kPa ,PMIN =P1+P2=4+2=6 kPa
其中:γ —砼容重,取γ=25kN/m3
t0—砼初凝时间,取t0=200/(T+15),T取值10℃。
β1—外加剂影响修正系数,不掺外加剂取β1=1.0,掺具有缓凝作用外加剂取β1=1.2,这里取1.0。
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β2—砼坍落度影响修正系数,坍落度小于3cm,取0.85,5cm~9cm时取1.0,11cm~15cm时取1.15,这里取1.15。
V—砼灌注速度(m/h),这里取1.0m/h。
H—砼侧压力计算位置处至新浇砼顶面的总高度。
说明按1m/h的浇注速度,施工至防撞墙高度1.18m,模板侧压力从0线性递增至35.5kPa。
混凝土侧压力分布模型如下图
三、面板计算
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选面板小方格中最不利的情况计算,即三面固定,一面简支。计算简图如下:
1、强度验算
lx=305mm,ly=320mm,h=5mm(板厚)
lx/ly=0.95,查建筑结构静力计算手册P218表4-21,泊桑比μ=0时,查表得: Mxmax=0.0252,Mymax=0.0172,fmax=0.00172,MXO=-0.0631,Myo=-0.0558。
取1mm宽的板条作为计算单元,荷载为:
q=Pmax×1×10-3=35.5N/m
支座弯矩:
0
M支x=Mx
q
L2x=-0.0631×35.5×0.3052=-0.208N.m
0M支y=Myq
L2y=-0.0558×35.5×0.322=-0.203N.m
查《桥涵施工计算手册》第727页,附表2-2,面板的截面系数为:
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11W=6bh2=6×1×5×5=4.17mm3
应力为:
σ=Mmax/W=0.208 /(4.17×10-9)=49.9MPa<145MPa 验算通过。
跨中弯矩:
2M中=Mqlxxx =0.0252×35.5×0.3052=0.083Nm
2M中=Mqlyyy=0.0172×35.5×0.322=0.063Nm
钢板的泊松比=0.3,故需换算:
Mxv=
M中xM中y+=0.083+0.3×0.063=0.102Nm
Myv=
M中yM中x=0.063+0.3×0.083=0.088Nm +
应力为:
σ=Mmax/W=0.088/(4.17×10-9)=24.5MPa<145MPa 验算通过。
2、挠度验算
计算抗变形能力仅考虑新浇筑混凝土对模板的侧压力,q=P3=0.0295 N/mm2,最大
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挠度按下式计算:
Vmax= fmax×ql4/BC
式中,刚度BC=Eh3/12(1-μ2)(其中弹性模量E=2.1×105N/mm2,板厚h=5mm,泊桑比μ=0.3),计算得BC=2.4×106 N·mm。
Vmax=0.00172×0.0295×3054/(2.4×106)=0.18mm<[V]=lx/500=0.61mm
面板挠度满足要求。
四、横肋计算
横肋为δ=6mm,间距为320mm,可以简化为受均布荷载两端铰接的简支梁。如图所示:
图)
1、强度验算
q=Pmax×0.32=35.5×0.32=1.14×104(N.m)
M=ql2/8=1/8×1.14×104×0.3052=133(N.m)
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W=1/6bh2=1/6×0.6×100=10cm3
I=1/12bh3=1/12×0.6×1000=50cm4
σ=M/W=133/(10×10-6)=133MPa<[σ]=145MPa 强度验算通过。
2、挠度计算:
f=5×1.14×104×0.3054/(384×2100×50)=0.12mm<0.mm 刚度验算通过。
五、竖肋计算
竖肋为δ=6mm、间距为305mm和δ=8mm、间距为270mm两种,现以最不利位置计算,取δ=6mm、间距为305mm位置竖肋计算,可以简化为受均布荷载两端铰接的简支梁。如图所示:
图)1、强度验算
q=Pmax×0.305=35.5×0.305=1.08×104(N.m)
M=ql2/8=1/8×1.08×104×0.322=138.24(N.m)
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W=1/6bh2=1/6×0.6×100=10cm3
I=1/12bh3=1/12×0.6×1000=50cm4
σ=M/W=138.24/(10×10-6)=138MPa<[σ]=145MPa 强度验算通过。
2、挠度计算:
f=5×1.08×104×0.324/(384×2100×50)=0.14mm<0.mm刚度验算通过。
六、对拉螺杆验算
由模板设计图纸可知,模板下部的对拉螺杆受力最大,以此处拉杆作验算。
对拉螺栓选用M16。拉杆布置最大面积为:0.77m×0.84m。
A=0.77×0.84=0.65m2
Pmax=35.5kPa
P=35.5×0.65=12.43kN< [P]= 24.5kN 验算通过。
七、外模板悬挑杆计算
外模板加固是通过用一根长70cm[10槽钢一端连接内模底部,一端悬挑外模板,中间支撑在内模板上。每一块模板(即1.25m)设置一根槽钢,模板加固图和杆件简化示意
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图如下:
模板加固图
32.232.2F2
模型简化图
F132.232.2FF2
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模型受力图
M1.9KN.M
挑梁弯矩图
1、强度计算
F=F1+F2, F1= F2 , F2=F外模+F砼,
F外模=130×10=1.3kN,
F砼=V×γ=0.125×1.25×1.18×25=4.6KN
F2=F外模+F砼=1.3+4.6=5.9KN,F=F1+F2=11.8KN
M跨中= F2×L/2=5.9×0.322=1.9KN.m
2、[10槽钢
(1)截面面积:12.74cm2;
(2)理论重量:10.00kg/m;
(3)截面惯性矩:Ix=198.3cm4;
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(4)截面抵抗矩:Wx=39.4cm3。
σ=M/W=1.9×103/(39.4×10-6)=48.2MPa<[σ]=145MPa 强度验算通过。
2、挠度计算
f=FL3/48EI=11.8×103×0.43/(48×2.1×105×106×1.98×10-6) =0.16mm<1.288mm
刚度验算通过。
八、模板吊点计算
模板起吊时,最重起吊物品为130kg(单个外模板),外模板上设置两个吊点,吊点用φ16的钢筋弯制,选用φ10mm钢丝绳,由于模板较轻根据经验,受力均满足要求。
九、吊篮受力计算
吊篮示意图
吊篮由四个轮子支撑在箱梁上,主要受竖向压力。同时吊篮整体有以外侧轮子(靠近
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防撞墙侧)为支点倾覆的趋势,故需要验算其抗倾覆能力。现以吊篮外侧轮子为坐标原点建立坐标系平行于箱梁横截面的轴为x轴,其中防撞墙侧为x轴正方向(如图所示)。吊篮内最多允许站两人,假设两人质量为200kg。
设配重块重心X坐标为X1=-2m,质量为m1=1000kg;
轮子连同其上支架重心X坐标为X2=-1m,质量为m2=340.8kg;
5m横梁重心X坐标为X3=0.5m,质量为m3=71kg;
竖向4.5m工字钢和人梯重心X坐标为X4=3,质量为m4=211kg;
篮子重心X坐标为X5=1.5m,质量为m5=242kg;
工作人员重心X坐标为X6=3,质量为m6=200kg;
则X重心=S总/( m1+ m2+ m 3+ m 4+ m 5+ m 6)
=(m1*x1+……+m6*x6 )/ ( m1+ m2+ m 3+ m 4+ m 5+ m 6)
=(-2*1000-1*340.8+0.5*71+3*211+1.5*242+3*200)/(1000+340.8+71+211+242+200)
=-0.34<0
根据吊篮要保持平衡,到外侧轮子中心线的负力矩要大于正力矩,经计算-0.34<0,说明重心在外侧轮子内侧,故吊篮不会倾覆,满足施工要求。
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