宁杭I标桥墩模板设计书.docx
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宁杭I标桥墩模板设计书
宁杭铁路客运专线Ⅰ标
桥梁墩身模板
设计计算书
设计:
复核:
审核:
批准:
丁钟鸣
中铁四局宁杭客运专线工程指挥部
二00九年七月
目录
1、工程概况-2-
2、设计依据-2-
3、模板设计-2-
3.1侧向模板承受最不利荷载组合F计算:
-2-
3.2桥墩侧模受力检算:
-3-
3.2.1墩身侧模面板受力检算-6-
3.2.2墩身侧模水平肋、竖肋受力检算-9-
3.2.3墩身侧模模扇间水平拉结螺栓受力检算-10-
4、侧模外侧加固桁架受力检算-12-
4.1桁架荷载-12-
4.2桁架形式-12-
4.3桁架受力检算(初算)-13-
4.4按平面三角桁架受力检算-13-
宁杭铁路客运专线Ⅰ标
桥梁墩身模板设计计算书
1、工程概况
宁杭铁路客运专线Ⅰ标特大桥、大桥共21座,大部分为型断面桥墩,本桥梁墩身模板设计计算书以墩身断面长为8m、宽为4m,墩高为12m的桥墩为例,进行设计检算。
2、设计依据
1.1《客运专线桥涵工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号);
1.2《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》(铁建设[2005]160号);
1.3《铁路工程施工安全技术规程》(TB10401-2003);
1.4《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》(TZ213-2005);
1.5《铁路混凝土工程施工技术指南》(TZ210-2005);
1.6宁杭铁路客运专线施工图及设计交底等设计文件。
1.7现场施工技术调查和我单位的现有施工技术水平和资源。
3、模板设计
3.1侧向模板承受最不利荷载组合F计算:
〔1〕新浇筑混凝土对模板的侧压力:
(采用振捣棒时)新浇筑混凝土对模板的侧压力F=0.22γctoβ1β2V½或F=γcH,取两者的较小值。
F------新浇筑混凝土对模板的侧压力(KN/m2)
γc------混凝土的重力密度(KN/m3),γc=25KN/m3
V------混凝土浇筑速度(m/h),按120m3/h搅拌楼一台供混凝土,实际供应能力按120×0.7=84m3/h计,34#(断面积最大的墩)墩截面积按30m2计,则墩柱混凝土灌注速度V=84/30=2.8m/h。
to------新浇筑混凝土的初凝时间(h),按试验确定;缺资料时可采用to=200/(T+15),T为混凝土的温度(℃)按冬季混凝土入模温度最低T=5℃计;
β1------外加剂影响修正系数;不掺外加剂时取1.0,掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2。
β2------混凝土坍落度影响影响修正系数;当坍落度小于30mm时取0.85,坍落度为50~90mm时取1.0,坍落度为110~150mm时取1.15。
H------混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度(m);按H=12m计。
to=200/(T+15)=200/(5+15)=10
F′=0.22γctoβ1β2V½=0.22×25×10×1.2×1.15×2.8½=127KN/m2
F″=γcH=25×12=300KN/m2
取F1=127KN/m2----------①
〔2〕倾倒混凝土时因冲击产生的荷载
倾倒混凝土时对垂直面模板产生的水平荷载:
按容量大于0.8m3的运输容器具。
F2=6KN/m2----------②
〔3〕混凝土振捣对侧模产生的水平压力
混凝土振捣对侧模产生的水平压力:
F3=5.2KN/m2----------③
〔4〕墩身混凝土浇注时,最不利侧向荷载组合为:
F=F1+F2+F3=127+6+5.2=138.2KN/m2
3.2桥墩侧模受力检算:
桥墩断面示意图
桥墩侧模设计平面示意图
桥墩侧模设计断面示意图
桥墩侧模外加固桁架平面示意图
桥墩侧模外加固桁架断面示意图
3.2.1墩身侧模面板受力检算
(1)计算参数:
侧模立断面图示
墩身侧模面板厚度按δ=8mm设计。
钢的容许应力[σ]=215MPa,[f]=1/400。
水平肋间距400mm,竖肋间距300mm。
(2)面板受力检算:
面板按双向板四边固定设计计算。
面板受力计算图式
挠度=表中系数×qL4/K
弯距=表中系数×qL2
式中L取Lx和Ly中之较小者。
K=Eh3/12(1-μ2)=2.1×108×0.0083/12(1-0.3)=12.8
E----弹性模量;钢材E=2.06×105MPa(2.06×108KN/m2);
h----板厚;
μ----泊松比,钢材μ=0.30;
ω、ωmax----分别为板中心点的挠度和最大挠度;
Mx----为平行于Lx方向板中心点的弯距;
My----为平行于Ly方向板中心点的弯距;
M0x----固定边中点沿Lx方向的弯距;
M0y----固定边中点沿Ly方向的弯距;
弯距----使板的受荷面受压者为正;
挠度----变位方向与荷载方向相同者为正。
Lx/Ly
ω
Mx
My
M0x
M0y
0.50
0.00253
0.0400
0.0038
-0.0829
-0.0570
0.55
0.00246
0.0385
0.0056
0.0814
-0.0571
0.60
0.00236
0.0367
0.0076
-0.0793
-0.0571
0.65
0.00224
0.0345
0.0095
0.0766
-0.0571
0.70
0.00211
0.0321
0.0113
0.0735
-0.0569
0.75
0.00197
0.0296
0.0130
0.0701
-0.0565
0.80
0.00182
0.0271
0.0144
-0.0664
0.0559
0.85
0.00168
0.0246
0.0156
-0.0626
-0.0551
0.90
0.00153
0.0221
0.0165
-0.0588
-0.0541
0.95
0.00140
0.0198
0.0172
-0.0550
-0.0528
1.00
0.00127
0.0176
0.0176
-0.0513
-0.0513
Lx/Ly=300/400=0.75
Mx=0.0296×qL2=0.0296×138.2×0.32=0.37KN·m
My=0.0130×qL2=0.0130×138.2×0.32=0.16KN·m
M0x=0.0701×qL2=0.0701×138.2×0.32=0.87KN·m
M0y=-0.0565×qL2=-0.0.0565×138.2×0.32=-0.70KN·m
W=bh2/6=0.4×0.0082/6=4.27×10-6m3
σmax=M0x/W=0.87/(4.27×10-6)=203747KN/m2=203.7MPa
σmax=203.7MPa<[σ]=215MPa满足要求!
ω=0.00197qL4/K=0.00197×138.2×0.34/12.8=0.00017m=0.17mm
挠度f=0.17/400=1/2320<[f]=1/400满足要求!
3.2.2墩身侧模水平肋、竖肋受力检算
(1)计算参数:
侧模水平肋、竖肋均采用[8槽钢。
水平肋间距为400mm,竖肋间距为300mm。
[8槽钢:
Ix=101cm4,Wx=25.3cm3,型钢[σ]=170MPa,
E=2.06×105MPa,[f]=1/500。
(2)平、竖肋受力检算:
墩身侧模水平肋、竖肋受力检算按均布荷载q=138.2KN/m,简支梁式计算。
水平肋、竖肋受力计算图式
①水平肋:
弯矩M=qL2/8=138.2×0.42/8=2.764KN·m
σmax=M/Wx=2.76/(25.3×10-6)=69622KN/m2=109.2MPa
σmax=109.2MPa<[σ]=170MPa通过!
ω=5qL4/384EI=5×138.2×0.44/384(2.06×108×101×10-6)
=0.0000022=0.0022mm
挠度f=0.0000022/0.4=1/180000<[f]=1/500通过!
①竖肋:
弯矩M=qL2/8=138.2×0.32/8=1.555KN·m
σmax=M/Wx=1.555/(25.3×10-6)=61453KN/m2=61.5MPa
σmax=61.5MPa<[σ]=170MPa通过!
ω=5qL4/384EI=5×138.2×0.34/384(2.06×108×101×10-6)
=0.0000007=0.0007mm
挠度f=0.0000007/0.3=1/420000<[f]=1/500通过!
3.2.3墩身侧模模扇间水平拉结螺栓受力检算
(1)模扇间采用M20螺栓连接。
M20螺栓净截面积Aj=2.25cm2,A=3.14cm2,I=785cm4,[σ]=170MPa,[τ]=130MPa。
连接角钢为∠100×100×10,允许承压应力为[σc]=305MPa。
取1m高模扇计算连接螺栓的受力检算(实设时,连接螺栓间距为500mm)。
(2)拉结螺栓受力检算:
①按墩身截面8m宽边最不利条件、侧模水平肋[8按简支梁受均布载荷计算其能承载的均布荷载q:
水平肋按8m简支梁能承受均布载荷q的反算图式
根据水平肋检算结果,侧模每1m高度内,水平肋为2根[8,则:
M=[σ]·W=qL2/8
q=8[σ]·W/L2=8×170×103×2×25.3×10-6/82=1.08KN/m
②拉结螺栓受力检算:
拉结螺栓按水平肋承受载荷q=1.08KN/m作为计算荷载。
受力计算图式如下:
拉结螺栓受力计算图式
Tmax=qL1/2=1.08×4/2=2.16KN
Qmax=qL2=1.08×8=8.64KN
③螺栓承受拉力时:
σ=T/Aj
σ=T/Aj=2.16/(2.25×10-4)=9600KN/m2=9.6MPa<[σ]=170MPa通过!
每1m高侧模,按受拉计算,M20拉结螺栓要1个。
④螺栓承受剪力时:
A、抗剪:
(假定螺栓受剪面上的剪应力是均匀分布的)
τ=Q/(A·nv)
nv----剪切面数,单剪nv=1,双剪nv=2,四剪面nv=4;
A=Q/([τ]·nv)=8.64/(130×103×1)=0.0000665m2=0.66cm2
每1m高侧模,按抗剪计算,M20拉结螺栓要1个。
B、承压:
(假定和栓杆互相承压的板在投影面积上均匀受压)
τ=Q/(d·Σtmin)
d----普通螺栓的栓杆直径;
Σtmin----被连接板中受力一侧的总厚度的较小值;
τ=8.64/(0.02×0.01)=43200KN/m2=43.2MPa
每1m高侧模,按承压计算,需M20螺栓:
43.2/305=1个。
4、侧模外侧加固桁架受力检算
4.1桁架荷载
桁架荷载按承受均布荷载计算,即侧模侧向荷载扣除模板肋承担的荷载:
q=138.2-1.08=137.12KN/m
桁架计算跨长按10m计,受力计算图式如下。
桁架受力计算图式
Mmax=qL2/8=137.12×102/8=1714KN·m
4.2桁架形式
桁架上下弦杆均采用2[32a槽钢制作,斜杆采用1[32a槽钢制作,竖杆采用1[20a槽钢制作。
[32a槽钢:
Ix=7598cm4,A=48.7cm2;[20a槽钢:
Ix=1780cm4,A=28.8cm2。
[σ]=170MPa。
断面形式如下图示。
桁架断面图示
Wx=(4Ix+4A·502)/50=(4×7598+4×48.7×502)/50=10347cm3
I=517350cm4
4.3桁架受力检算(初算)
σ=Mmax/Wx=1714/(10347×10-6)=165652KN/m2=165.7MPa
σ=165.7MPa<[σ]=170MPa通过!
ω=5qL4/384EI=5×137.12×104/384(2.06×108×517350×10-8)=0.017m
挠度f=0.017m/10m=1/597<[f]=1/500通过!
4.4按平面三角桁架受力检算
平面三角桁架受力计算图式如下。
平面三角桁架受力计算图式(全)
平面三角桁架受力计算图式(半)
4.4.1桁架各杆件受力计算:
把均布荷载q简化为桁架节点集中力P:
P=0.6q=0.6×137.12=82.272KN
则:
R=15×82.272/2=617.04KN
(1)杆件①、②内力:
N1、N2
N1=-N2·cos59.0362°=-370.22KN(压)
N2=617.04/sin59.0362°=719.59KN
(2)杆件③、④内力:
N3、N4
N3=-P=-82.272KN(压)
N4=N1=-370.22KN
(3)杆件⑤、⑥内力:
N5、N6
N3-(N2+N5)·sin59.0362°=0
N6+(N5-N2)·cos59.0362°=0
82.272-(719.59+N5)·sin59.0362°=0
N6+(-623.645-719.59)·cos59.0362°=0
N5=-623.645KN
N6=691.09KN
(4)杆件⑦、⑧、⑨内力:
N7、N8、N9
N7=0
N8-N4+(N9-N5)cos59.0362°=0
(N9+N5)cos59.0362°-P=0
(N9-623.645)cos59.0362°+82.272=0
N9=463.737KN
N8=-370.22-(463.737+623.645)cos59.0362°=-929.674KN
(5)杆件
、
内力:
N11、N12
N11=P=-82.272KN
N12=N8=-929.674KN
(6)杆件⑩内力:
N10
N10=N6=691.09KN
(7)杆件
、
内力:
N13、N14
N14-N10+(N13-N9)cos59.0362°=0
N11-(N13+N9)sin59.0362°=0
N14-691.09+(-367.792-463.737)cos59.0362°=0
82.272-(N13+463.737)sin59.0362°=0
N13=-367.792KN
N14=1118.909KN
(8)杆件
、
内力:
N15、N18
N15=0
N18=N14=1118.909KN
(9)杆件
、
内力:
N16、N17
N16-N12+(N17-N13)cos59.0362°=0
P-(N17+N13)sin59.0362°=0
N16+929.674+(271.847+367.792)cos59.0362°=0
-82.272-(N17-367.792)sin59.0362°=0
N17=271.847KN
N16=-1258.766KN
(10)杆件
、
内力:
N19、N20
N19=P=-82.272KN
N20=N16=-1258.766KN
(11)杆件
、
内力:
N21、N22
N22-N18+(N21-N17)cos59.0362°=0
N19-(N21+N17)sin59.0362°=0
82.272-(N21+271.847)sin59.0362°=0
N21=-175.902KN
N22=1118.909-(-175.902-271.847)cos59.0362°=1349.274KN
(12)杆件
、
内力:
N23、N26
N23=0
N26=N22=1349.274KN
(13)杆件
、
内力:
N24、N25
N24-N20+(N25-N21)cos59.0362°=0
P-(N25+N21)sin59.0362°=0
-82.272-(N25-175.902)sin59.0362°=0
N25=79.957KN
N24=-1258.766-(79.957+175.902)cos59.0362°=-1390.405KN
(14)杆件
、
内力:
N27、N28
N27=P=-82.272KN
N28=N24=-1390.405KN
(15)杆件
、
内力:
N29、N30
N30-N26+(N29-N25)cos59.0362°=0
N27-(N29+N25)sin59.0362°=0
82.272-(N29+79.957)sin59.0362°=0
N29=13.709KN
N30=1349.274-(13.709-79.957)cos59.0362°=1383.358KN
(16)杆件
内力:
N31
N31=0
4.4.2桁架各杆件受力汇总检算:
杆件
编号
杆件内力Ni(KN)
杆件根数
杆件断面积A(cm2)
杆件应力σ(MPa)
容许应力[σ]=170MPa
杆件类别
1
N1
-370.22
2
2×48.7
-38.010
通过检算
下弦杆2[32a
2
N2
719.59
2
48.7
147.760
通过检算
斜杆[32a
3
N3
-82.272
2
28.8
-28.567
通过检算
竖杆[20a
4
N4
-370.22
2
2×48.7
-38.010
通过检算
下弦杆2[32a
5
N5
-623.645
2
48.7
128.059
通过检算
斜杆[32a
6
N6
691.09
2
2×48.7
70.954
通过检算
上弦杆2[32a
7
N7
0
2
28.8
0
通过检算
竖杆[20a
8
N8
-929.674
2
2×48.7
-95.449
通过检算
下弦杆2[32a
9
N9
463.737
2
48.7
95.223
通过检算
斜杆[32a
10
N10
691.09
2
2×48.7
70.954
通过检算
上弦杆2[32a
11
N11
-82.272
2
28.8
-28.567
通过检算
竖杆[20a
12
N12
-929.674
2
2×48.7
-95.449
通过检算
下弦杆2[32a
13
N13
-367.792
2
48.7
-75.522
通过检算
斜杆[32a
14
N14
1118.909
2
2×48.7
114.878
通过检算
上弦杆2[32a
15
N15
0
2
28.8
0
通过检算
竖杆[20a
16
N16
-1258.766
2
2×48.7
-129.237
通过检算
下弦杆2[32a
17
N17
271.847
2
48.7
55.821
通过检算
斜杆[32a
18
N18
1118.909
2
2×48.7
114.878
通过检算
上弦杆2[32a
19
N19
-82.272
2
28.8
-28.567
通过检算
竖杆[20a
20
N20
-1258.766
2
2×48.7
-129.237
通过检算
下弦杆2[32a
21
N21
-175.902
2
48.7
-36.120
通过检算
斜杆[32a
22
N22
1349.274
2
2×48.7
138.529
通过检算
上弦杆2[32a
23
N23
0
2
28.8
0
通过检算
竖杆[20a
24
N24
-1390.405
2
2×48.7
-142.752
通过检算
下弦杆2[32a
25
N25
79.957
2
48.7
16.418
通过检算
斜杆[32a
26
N26
1349.274
2
2×48.7
138.529
通过检算
上弦杆2[32a
27
N27
-82.272
2
28.8
-28.567
通过检算
竖杆[20a
28
N28
-1390.405
2
2×48.7
-142.752
通过检算
下弦杆2[32a
29
N29
13.709
2
48.7
2.815
通过检算
斜杆[32a
30
N30
1383.358
2
2×48.7
142.029
通过检算
上弦杆2[32a
31
N31
0
1
28.8
0
通过检算
竖杆[20a
桁架各杆件应力σ<[σ]=170MPa,检算通过!
4.4.3桁架各杆件在单位力P=1作用下内力计算:
桁架各杆件在单位力P=1作用下内力计算图式
(1)P=1
R=0.5
(2)N3=N7=N11=N15=N19=N23=N27=N31=0
N1=-N2·cos59.0362°=0.5cos59.0362°=-0.3000N2=R/sin59.0362°=0.5/sin59.0362°=0.5831
N4=N1=-0.3000
N5=-0.5831
N6=(N2-N5)cos59.0362°=(0.5831+0.5831)cos59.0362°=0.6000
N10=N6=0.6000
N8=N4+(N5-N9)cos59.0362°=-0.9
N9=-N5=0.5831
N12=N8=-0.9
N13=-N9=-0.5831
N14=N10+(N9-N13)cos59.0362°=1.2
N17=-N13=0.5831
N16=N12+(N13-N17)cos59.0362°=-1.5
N18=N14=1.2
N20=N16=-1.5
N21=-N17=-0.5831
N22=N18+(N17-N21)cos59.0362°=1.8
N26=N22=1.8
N25=-N21=0.5831
N24=N20+(N21-N25)cos59.0362°=-2.1
N28=N24=-2.1
N29=-N25=-0.5831
N30=N26+(N25-N29)cos59.0362°=2.4
4.4.4桁架挠度检算
桁架挠度按下式检算:
ω=Σ------
具体计算见下表。
ω=0.86cm
则挠度f=2×0.86/960=1/550<[f]=1/500通过!
桁架挠度计算表
杆件编号
杆件内力Ni(KN)
杆件根数
杆件断面积Ai(cm2)
N
Li(cm)
EAi=2.1×104Ai(KN/cm2)
NNiLi
NNiLi/EAi
1
N1
-370.22
2
97.4
-0.3
60
2045400
66
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