杭州湾大桥模板计算.docx
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杭州湾大桥模板计算
杭州湾大桥
液
压
内
模
计
算
资
料
中铁二局科技部技术科
2004年6月
1.设计依据
1.1杭州湾跨海大桥“南引桥滩涂区上部结构”施工图。
1.2现行钢结构设计、施工技术规范。
1.3现行公路桥涵设计、施工技术规范。
2.50m箱梁设计情况简介
杭州湾跨海大桥南引桥滩涂区50m预应力连续梁,其平面线型有直线、半径10000m、半径6000m曲线三种。
其基本联长布置为8X50,共20联,还有6联7X50,总共26联。
两联梁端留20㎝间隙。
主梁采用单箱单室截面,单幅桥主梁顶宽为15.8米,底宽6.625米,主梁梁高3.2米。
主梁两侧各悬3.9米,悬臂端部厚度20㎝,悬臂根部50㎝。
顶板在箱室内净跨6.8米,板厚度26㎝,横桥向单向放坡2.0%。
箱梁底板较宽,底板厚度为25㎝。
在支点两侧附近局部加厚至0.6和0.5米。
腹板作成斜腹板,以减少下部工程数量。
腹板厚度上下两端不同,由于施工荷载较大,上端直接承受桥面板传递的荷载,弯矩值较大,腹板厚度加厚至60㎝。
腹板墩顶处加厚至110㎝。
顶底板墩顶处加厚至60㎝。
考虑到箱梁需要临时简支并承受运梁车荷载的需要,墩顶加厚段长4米,两侧各通过2米过渡段均匀过渡到墩顶加厚截面。
标准预制梁段:
边梁自重1430t,中梁自重1425t。
3.箱梁内模总体方案
杭州湾大桥滩涂区预制箱梁内模从长度方向上分为标准段(即梁体中间段)、变截面段(即梁体腹板变厚段)、孔口段三部分。
其中标准段和变截面段为液压内模,即采用液压机械进行内模板的拆卸与安装。
孔口段采用大块钢模人工辅以机械拆装。
液压内模每节长7m,由模板,车架和液压系统三部分组成。
每节模板上装有18只液压千斤顶,其中12只用於侧模的收缩;2只用於顶板模的收缩;4只用於车架的收缩。
拆模时分节段用液压千斤顶将内模收缩折叠,然后用卷扬机拖拉出孔口。
立模时在组装平台上用千斤顶将内模张开,节段间用螺栓连接。
预制安装时整套模板分二次吊装就位。
4.箱梁液压内模的主要结构:
(1)、标准段长28m,按7m分节,共4段;
(2)、变截面段,有7m和7.5m两种,其侧模下段由人工先行拆除;
(3)、端头斜坡及孔口段采用大块组合式模板,人工辅心机械拆模;
(4)、液压车与模板为整体结构,每段配一套液压系统;
(5)、不用底构,每节段采用4根螺旋杆支撑液压车和模板;
(6)、模板与车架收缩套有干扰时采用拆卸式结构;
(7)、拆模时将螺旋支撑转换为轨道支撑;
(8)、A、B、C、D、E锚块模板采用栓接形式;
(9)、边模底部设置压板;
(10)、预制安装时整套内模分2段吊装就位;
(11)、灌注孔预留在模板顶部两侧。
(12)液压内模系统行走方式:
卷扬机或者链滑车牵引出箱梁。
(13)模板升降方式:
液压油缸。
5.结构设计
液压内模系统由模板系、车架系统和液压系统三部分组成。
其中,模板系包括侧模下部模板、中部模板、边部模板和顶部模板四个部分,变截段面和孔口段采用大块组合钢模,模板由型钢[14,∠14X10,δ=6、8钢板组焊而成;车架系统包括车架桁架、走行支撑支架、走行轮由型钢[30、[14,∠14X10,δ=10、16钢板组焊而成、。
各部分结构的详细设计情况见相应设计图。
6.结构分析计算
根据《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)及杭州湾大桥施工技术规程,对液压内模系统在灌注混凝土时的工况建立理想的计算模型,采用SAP93程序对液压内模系统各主要构件进行了受力计算。
其中,模板、车架桁架部分均按照梁与桁架的组合结构进行计算,其它部位根据实际的受力状态进行计算。
根据受力计算,均可满足以下主要力学指标:
●各主要杆件强度的安全系数:
>1.2。
●模板主肋及车架各杆件结构的挠度:
<1/400。
●钢模板的面板最大变形:
<1.5mm。
7、液压内模总图及内模框架和车架总图
液压内模总图
液压内模框架总图
液压内模车架纵向断面图
液压内模车架横向断面图
8、各部分的计算
8.1内模模板强度和变形计算
本计算取标准段跨中简化计算,其模板允许变形值为:
模板<1.5mm,骨架<3.0mm,其模板采用为6mm钢板,横肋用∠140×140×10角钢,
8.1.1面板计算为:
1)、混凝土浇筑时的侧压力及倾倒时的水平荷载:
砼浇注速度:
v=3m/h
砼的温度:
T=20℃
外加剂影响修正系数B1:
1.2
坍落度影响修正系数B2:
1.15
砼的容重:
γ=25KN/m3
砼的初凝时间:
t0=6h
则砼浇筑时的侧压力标准值:
p1=0.22γt0B1B2v0.5
=78.88KN/m2
p2=γh
=25×3.07=76.75KN/m2
有效压头高度:
V/T=0.5>0.035
h=1.53+3.8V/T=3.4m
按规定取最好小值,则砼浇筑的侧压力标准值为p1=78.88KN/m2
承载力计算:
荷载分项系数γ=1.2,折减系数取0.8,则砼浇注时的侧压力值为:
P’=p0×γ×0.85=78.29KN/m2
倾倒砼时产生的水平荷载为2KN/m2
P’’=2×γ’×0.85=2.38KN/m2
其侧压力分布图为:
2)、求面板的跨中弯距和支点弯距
面板取72×32,宽度B=1m,则:
q=(p1+p2)/2×B=(66.7+74.6)/2×1=70.65KN/m
M=1/8×q×l2=1/8×70.65×322×10-4=0.90432KN.m
W=1/6×B×h2=1/6×100×0.62=6cm3
σ=M/W=0.90432/6×10-3=150.7Mpa<[σw]=181Mpa
fmax=(qL4)/128EI=0.153cm>0.15cm(超出值在容许范围内)
3)、横肋按简支梁承受均布荷载计算,计算跨径L=93.16cm,作用于横肋上的均布荷载可参照侧压力分布图计算,其侧向值分别为:
q0=5.78KN/mq1=12.644KN/mq2=21.363KN/m
q3=15.673KN/mq4=12.956KN/mq5=19.082KN/mq6=19.082KN/mq7=12.298Kn/m
q8=5.994KN/m。
顶板上的横肋均布荷载为:
q1=2.4442KN/mq2=4.731KN/mq3=4.406KN/mq4=3.769KN/mq5=3.234KN/mq6=3.674KN/mq7=5.847KN/m
最大均布荷载为q=21.363KN/m,跨中最大弯跨:
Mmax=1/8×21.363×93.162×10-4=2.318KN.m2
σmax=Mmax/W=2.318/50.58×10-3=45.83Mpa<[σw]=181Mpa
fmax=(5ML4)/384EI=0.02cm=0.02mm<3mm
4)、竖肋计算
(1)、竖肋上承受的荷载受力计算:
竖肋上承受的荷载P为横肋的计算反力,分两部分:
侧向:
Pi=qi×(l1+l2)/2
其中Pi:
为作用于竖肋各点的外荷载
qi:
为作用于横肋上的均布荷载
l1、l2为作用于竖肋两侧的横肋跨度
则计算得出的外荷载为:
P0=5.38KNp1=11.78KNp2=19.9KNp3=14.6KNp4=12.07KN
p5=17.78KNp6=11.46KNP7=5.58KN
顶板竖向:
p1=2.277KNp2=4.407KNp3=4.105KNp4=3.511KN
p5=3.013KNp6=3.423KNP7=5.447KN
(2)、竖肋按框架结构计算,
A、其受力计算图示如下:
B、液压内模框架受力计算结果
液压内模框架受力计算结果表
杆件编号
材料
规格
σ
(Mpa)
fmax
(mm)
支承反力
1
∠100×100×10
34.83
2.9mm
R1=13315NR2=13488N
R3=-46950NR4=48393N
R5=45623NR6=44398N
R7=36301NR8=43887N
R9=14338NR10=14159N
2
21.63
3
28.61
4
28.43
5
23.79
6
14.38
7
25.83
8
26.24
9
26.30
10
14.74
11
23.80
12
28.75
13
28.88
14
22.14
15
34.39
16
55.43
17
27.71
18
26.77
19
29.40
20
31.95
21
20.05
22
19.36
23
37.82
24
54.62
25
26.54
26
25.73
27
31.34
28
34.18
29
22.16
30
21.51
31
37.56
32
63.67
33
39.90
34
62.85
35
39.39
8.2、液压内模车架受力计算:
A、液压内模架受力计算图示:
B、液压内模车架受力计算结果
液压内模车架受力计算结果表
车架
部位
材料
规格
N
(N)
σ
(Mpa)
fmax
(mm)
支承反力
梁
1
[20a
11.34
均小于1mm
R1=-12293NR2=-11846N
R3=-17340NR4=-16900N
R5=87102NR6=76108N
R7=87198NR8=76197N
2
[20a
24.29
3
[20a
16.05
4
[20a
9.62
5
[20a
11.42
6
[20a
15.01
7
[20a
15.01
8
[20a
11.41
9
[20a
9.56
10
[20a
15.91
11
[20a
24.39
12
[20a
11.45
13
[20a
14.90
14
[20a
14.26
15
[20a
11.28
16
[20a
4.95
17
[20a
5.75
18
[20a
10.90
19
[20a
10.90
20
[20a
5.66
21
[20a
4.85
22
[20a
10.54
23
[20a
14.08
24
[20a
15.06
25
[20a
16.83
26
[20a
32.85
27
[20a
17.53
28
[20a
9.56
29
[20a
11.22
30
[20a
11.74
31
[20a
13.94
32
[20a
11.23
33
[20a
9.62
34
[20a
17.62
35
[20a
32.95
36
[20a
16.94
37
[20a
13.32
38
[20a
14.09
39
[20a
10.51
40
[20a
5.09
41
[20a
42
[20a
11.13
43
[20a
11.13
44
[20a
5.69
45
[20a
4.98
46
[20a
10.35
47
[20a
13.90
48
[20a
13.13
49
[30a
9.86
50
[30a
4.39
51
[30a
14.17
52
[30a
9.68
53
[30a
4.49
54
[30a
14.0
55
钢套:
400×350×16mm
2.10
56
19.31
57
8.95
58
9.03
59
2.31
60
5.95
61
10.2
62
10.52
63
2.10
64
5.63
65
8.74
66
8.97
67
2.20
68
6.30
69
9.99
70
10.46
车架
部位
材料
规格
N
(N)
车架
部位
材料
规格
N
(N)
车架
部位
材料
规格
N
(N)
桁架
1
∠100×100×10
8435
桁架
12
∠100×100×10
12180
桁架
23
∠100×100×10
772
2
6704
13
6831
24
702
3
12170
14
8411
25
637
4
6709
15
18230
26
4347
5
8444
16
4629
27
44490
6
18070
17
4617
28
43390
7
4732
18
18230
29
367
8
4727
19
6651
30
356
9
18080
20
4981
31
6320
10
8400
21
4481
32
6315
11
9828
22
958
33
1035
34
44770
38
6404
42
5520
35
1798
39
7799
43
6914
36
1804
40
4981
37
10380
41
9457
8.3、车架在走行时水平钢套的受力计算:
计算结果最大挠度为3.6mm
8.4、上浮力计算:
上浮力:
R=P.tgα=11.78×15/90=1.96KN;
1m梁长顶板在此种情况下的自重为75KN>上浮力R,故到角处不会因为有上浮力而引起模板上浮。
8.5、走行轨道计算
走行轨道采用43公斤/米的钢轨,取一根钢轨来计算,其受力图示如下:
计算结果为:
支承反力R1=4.6225tR2=3.6863tR3=1.8808tR4=2.3897tR5=3.7948t
R6=4.1629tR7=0t
最大应力σmax=82.78Mpa
最大挠度fmax=-1.44mm
9、结沦
液压内模的各部份设计构件均满足规范设计要求。
液压内模车架横向断面图
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