高墩滑模验算书.docx
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高墩滑模验算书
云南麻昭高速公路B2工区
高墩滑模设计验算书
1设计依据
(1)《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011;
(2)《公路工程质量验验评定标准(土建工程)》JTGF80/1-2004;
(3)《公路工程施工安全技术规范》JTJ076-95;
(4)《滑动模板工程技术规范》(GBJ50113-2005);
(5)《液压滑动模板施工安全技术规程》(JGJ65—89);
(6)《云南麻昭高速公路第七合同段两阶段施工图设计》。
2工程概况
中铁十八局集团承建云南麻昭高速公路B标段B2工区,起讫里程为:
左线ZK24+083~ZK27+084;右线K24+108~K27+114。
承建桥梁8座(特大桥1座,大桥4座,中桥3座),其中K26+390腰岩特大桥(右线)主墩18#、19#墩,ZK26+366腰岩1号大桥(左线)主墩8#、9#墩为等截面单箱薄壁墩,墩高分别为66.5m、73.4m、67m、65.5m。
主墩采用等截面单箱薄壁墩矩形截面,平面尺寸为6.5m×5.0m,距墩顶、底2m范围内为实心段,空心段横桥向和纵桥向壁厚均为0.8m,空心段采用0.5×0.5m的倒角。
3滑模设计
矩形薄壁空心墩滑模设计采用液压内外分体滑升模板施工,滑模采用整体钢结构,滑升动力装置为YKT36型液压控制台。
滑模装置组成为:
模板系统、提升系统、操作平台、液压系统、辅助系统。
滑模组装工艺流程图如下图:
3.1模板系统
墩身模板面板采用
钢板制作而成,模板高1.3米,用10号槽钢作为加劲肋,间隔30cm,通过上下两道围圈定位支撑,围圈焊接于桁架梁上。
围圈采用10号槽钢加工,围圈上口距模板上口6cm,上下围圈间距100cm。
图1空心墩滑模横桥向立面图
图2空心墩滑模平面图
3.2提升系统
提升架是滑模与混凝土间的联系构件,主要用于支撑模板操作平台,并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上,整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆,爬杆由φ48*3.5mm的钢管制成,提升架采用“F”字型门架,立柱用[18,横梁采用双排[18,立柱与横梁采用焊接连接。
爬杆采用壁厚精度较高的φ48*3.5mm无缝钢管,爬杆连接采用焊接连接,钢管在连接处焊接后,采用磨光机进行打磨,使钢管表面光滑,让千斤顶能顺利通过。
焊接处要饱满,爬杆表面不得有油漆和铁锈。
支承杆直径与千斤顶的要求相适,长度宜为3-6m。
图3滑模提升系统立面、平面图
3.3操作平台
操作平台分为主操作平台和辅助工作平台。
主操作平台作为施工的操作平台,承受施工人员物料等荷载,主操作平台框架采用桁架梁结构,上部满铺5cm厚脚手板。
由于混凝土施工过程中侧向受力较大,为确保主操作平台的刚度,选用∟80*8和∟63*6角钢加工制做100cm×100cm复式桁架梁作为工作平台。
为便于施工,用三角撑将平台外侧加宽50cm。
辅助工作平台为混凝土养护修面的工作平台,采用钢木结构悬吊布置,沿混凝土面布置一周宽70cm平台,其上满铺5cm厚脚手板,用φ20mm圆钢间隔2米悬挂在提升桁架梁上,并搭设钢管护栏,悬挂密目安全网和防抛网。
主操作平台和辅助工作平台均由内外两部分组成,为薄壁空心墩内外部施工提供操作平台。
3.4液压系统
选用QYD-100楔块液压千斤顶,设计承载能力为10t,计算承载能力为5t,爬升行程30mm,每个千斤顶上安装针型阀,以控制进油,油路通过分油器连接;液压控制台为YKT36型液压控制台,采用分组并联主(Φ16)支(Φ8)高压油路系统同千斤顶相连,形成液压系统。
3.5辅助系统
包括洒水养护中心测量水平测量等装置。
洒水管用φ50mm胶质软管制成,固定在辅助工作平台上,沿混凝土壁均匀布孔。
中心测量用短重垂线,观察模体的水平位移,在模体的四个面对称设四根重垂线测量,并用激光铅垂仪校正。
水平测量利用水准管,观察操作平台的水平度。
4滑模计算
4.1封顶施工验算
(1)荷载分析
1)墩顶2m高实心段砼,每平米钢筋砼F1=2m×26KN/m3=52KN/m2
2)倾倒新混凝土产生的荷载F2=2KN/m2
3)振捣混凝土产生的荷载F3=2KN/m2
4)施工机具、人员荷载F4=2.5KN/m2
5)墩顶底纵横向两层方木=0.2KN/m2
(2)墩顶底方木受力验算
查规范方木材料特性为:
落叶松容许抗弯应力:
=14.5MPa,
弹性模量:
E=11×103MPa
允许剪应力:
=2.0Mpa
墩顶底方木层受力图
作用在工字钢上层方木上的均布荷载(按10×10cm方木验算)按照荷载组合,活载为1.4的安全系数,恒载为1.2的安全系数:
q=(F1×1.2+(F2+F3+F4)×1.4)×0.3=21.45kN/m
作用在上层方木上的应力验算
Mmax=ql2/8=21.45×0.62/8=0.965kN.m
σmax=Mmax/W=0.965/(0.103/6)=5790kN/m2=5.792Mpa<
=14.5MPa
强度满足要求
上层方木刚度计算
10×10cm方木
F=5ql4/(384EI)=5×21.45×0.64/(384×11×106×0.104/3)
=0.1mm<(0.6/400)m=1.5mm
挠度满足要求
(3)方木底工字钢受力验算
I32a工字钢特性
W=692cm3,I=11080cm4,A=67cm2,Sx=400.5cm2
E=2.1×105MPa,
=85Mpa,
=140MPa。
方木底受力工字钢分析
作用在钢棒上层的工字钢按照均布荷载计算,活载为1.4的安全系数,恒载为1.2的安全系数:
q=(F1×1.2+(F2+F3+F4)×1.4)×0.6=42.9kN/m
作用在工字钢上的应力验算
Mmax=ql2/8=42.9×2.12/8=23.649kN.m
σmax=Mmax/W=23.649/695=34Mpa<140Mpa
强度满足要求
工字钢刚度计算
f=5ql4/(384EI)=5×42.9×2.14/(384×2.1×105×11080)
=0.2mm<2.1/400=5.25mm
挠度满足要求
工字钢抗剪强度验算
τ=VS/It=45.045×400.5/(11080×9.5)=17.14Mpa<[τ]=85Mpa
满足抗剪强度要求
4.2滑模模板侧压力验算
(1)验算用材料规格及相关系数
墩身浇筑按分层30cm一层进行,按正常滑升每次间隔1.5小时左右计算。
对拉钢筋R235
规格:
φ16mm,横向2根
混凝土C40
坍落度:
120~140㎜
混凝土比重为:
γ=25kN/m3
混凝土浇筑速度:
V=5m/h,
混凝土入模温度:
T=15℃
(2)侧压力计算
侧压力计算公式:
pm=K·γ·h
当V/T≤0.035时:
h=0.22+24.9V/T
当V/T≥0.035时:
h=1.53+3.8V/T
pm——新浇筑混凝土对侧面模板的最大压力,kPa
K——外加剂影响修正系数,不加时,K=1;掺缓凝外加剂时,K=1.2
γ——混凝土的容重,25kN/m3
h——有效压力高度,m
T——混凝土入模时的温度,℃
H——混凝土浇筑层(混凝土初凝时间内)的高度,m
V——混凝土浇筑速度,m/h
对模板侧压力:
V/T=5/15=0.333>0.035
h=1.53+3.8V/T=1.53+3.8×0.333=2.797m
但是由于混凝土每次浇筑的高度为0.3m,因此计算以0.3m计算侧压力。
pm=K·γ·h=1×25kN/m3×0.3m=7.5×10-3MPa
⑵混凝土对侧模板压强大小分布如下:
侧模板压强全按最大值计,整个一侧模板侧压力:
F=P×A
F——新浇筑混凝土对侧面模板的最大压力,N
P——新浇筑混凝土对侧面模板的最大压力,Pa
A——模板受力面积,m2
A=6.5m×0.3m=1.95m2
F=7.5×1.95=14.625kN
侧模板对拉钢筋作用力计算
侧模板侧压力由一层共2根钢筋共同承力平衡,平均受力,则每根钢筋受力:
N=F/2
N=14.625kN/2=7.3125kN
φ16mm钢筋横截面积:
A=1.62×0.785=2.0096cm2
钢筋拉应力:
σ=N/A
N=7.3125kN
A=2.0096cm2
σ=7.3125kN/2.0096cm2=3.6388kN/cm2=36.39Mpa<
=140Mpa
墩身滑模施工模板对拉钢筋采用φ16mm钢筋是安全的。
4.3施工操作平台验算
4.3.1主操作平台验算
(1)荷载分析
主操作平台作为施工平台,主要承受施工人员及物料等荷载。
施工人员荷载:
P1=1.5KN/m2
施工机具及物料荷载:
P2=2.5KN/m2
(2)荷载验算
木板及钢横梁验算
计算简图如下:
由受力平衡可以得知
木板截面特性参数:
W=bh2/6=100×32/6=150cm3
=9.5Mpa,E=8.5×103
I=bh4/12=675cm3,λ=260kg/m3
钢截面特性参数:
I=26cm4,W=10.4cm3
=140Mpa,A=6.9cm2
λ=5.4kg/m,E=2.1×105
a、木板验算
F1=F2=(q1+q2)l/2=(2.5+1.5)×0.7/2=1.4kN
Mmax=ql2/8=(2.5+1.5)×0.72/8=0.245kN.m
σ=Mmax/w=0.245×1000×1000/(150×103)=1.64Mpa<
=9.5Mpa
因此强度满足要求。
fmax=5ql4/384EI=5×4×704/384×8.5×103×675=0.218mm<700/400=1.75mm
因此挠度满足要求。
b、刚横梁验算
计算简图如下:
q3=F1/l=1.4KN/m;
q4=mg/l=260×0.03×0.7×1×10/1000/1=0.03KN/m。
Mmax=ql2/8=(1.4+0.03)×12/8=0.179KN.m
σ=Mmax/w=0.179×1000×1000/(10.4×103)=17.2Mpa<
=140Mpa
因此强度满足要求。
fmax=5ql4/384EI=5×1.43×1004/384×2.1×105×26=0.341mm<1000/400=2.5mm
因此挠度满足要求。
焊缝抗剪验算
施工计算简图如下所示
a、受力分析
由图可知,该操作平台受到以下几方面的力影响
各种物体的本身自重:
Gz=G1+G2+G3=0.66+5.23+1.157=7.05kN
施工人员荷载:
GR=p1×s=1.5×8.41×1=12.62kN
机具及物料荷载:
GJ=p2×s=2.5×8.41×1=21.03kN
b、抗剪强度验算
Qmax=
+
+
=40.7KN
Mmax=ql/2=40.7×1/2=20.35KN.M
τ=QmaxS/It=40.7×6.4/(26×0.7)=14.312Mpa<[τ]=85Mpa
满足抗剪强度要求。
4.3.2辅助操作平台验算
(1)荷载分析
由于辅助平台为墩身的装修平台,因此只受施工人员荷载
施工人员荷载:
P1=0.8KN/m2。
(2)荷载验算
1)木板强度验算
计算简图如下所示
FA=FB=ql/2=0.8×1/2=0.4KN
Mmax=ql2/8=(0.8)×12/8=0.1KN.m
σ=Mmax/w=0.1×1000×1000/(150×103)=0.667Mpa<[σ]=9.5Mpa
因此强度满足要求。
fmax=5ql4/384EI=5×0.8×1004/384×8.5×103×675=0.182mm<1000/400=2.5mm
挠度满足要求
2)钢横梁强度验算
Mmax=ql2/8=(0.4)×12/8=0.05KN.m
σ=Mmax/w=0.05×1000×1000/(1.57×103)=21.847Mpa<[σ]=140Mpa
强度满足要求。
fmax=5ql4/384EI=5×0.4×1004/384×2.1×105×785=0.001mm<1000/400=2.5mm
挠度满足要求
3)吊杆强度验算
吊杆只存在抗拉现象
a、受力分析
该操作平台受到以下几方面的力影响
各种物体的本身自重:
Gz=G1+G2+G3=0.715+0.618=1.333KN
施工人员荷载:
GR=p1×s=0.8×5.5×1=4.4KN
b、抗拉强度验算
Qmax=
+
=5.733KN
FL=Qmax/6=5.733/6=0.955KN
σ=FL/A=0.955×1000/314=3.04Mpa
满足抗拉强度要求。
4.3滑模验算
(1)荷载分析
滑模结构自重
钢结构:
6t,木板:
1t,合计G1=7t
施工荷载
工作人员:
8人×75kg/人=0.6t
滑模设备:
0.8t
电焊机振捣器:
0.4t
钢筋支撑杆:
2t
G2=0.8+0.4+2=3.2t
滑升摩擦阻力
单位面积上的滑升摩擦阻力按照0.2t计算,同时考虑附加系数为1.5,所以整圈模板上的滑升摩擦阻力为:
(按每平方0.2t计算)
G3=S×200×1.3=40.5×200×1.5×1.3=15.795t
竖向荷载总重
G=G1+G2+G3=7+3.2+15.795=25.995t
(2)混凝土对模板的侧压力
当采用插入式振捣器时,混凝土对模板的侧压力为:
P=r(h+0.05)
式中:
r—混凝土的容重,取2500kg/m3
h—每层浇筑混凝土厚度,取0.3m
则:
P1=2500×(0.3+0.05)=875kg/m2
同时考虑浇筑混凝土时,动荷载对模板的侧压力:
P2=200kg/m2
故:
P=P1+P2ֽ=875+200=1075kg/㎡
(3)支撑杆计算
允许承载能力:
P=3.142EI/K(ml)2
E—支撑杆的弹性模量:
E=2.1×106kg/cm2
I—支撑杆的截面惯性矩:
I=11.35cm3
k—安全系数,取k=2
ml—计算长度:
按0.6×1.8=1.08m计
则:
p=3.142×2.1×106×11.35/[2×(0.6×1.8×100)2]
=10073.88kg/cm2
因此支撑杆的数量(千斤顶的数量)
n=w/c/p
w—撑杆承载,w=G1+G2+G3=25.995t
p—支撑杆允许承载能力,取5t
c—载荷不均衡系数,取0.8
n=6.5台
考虑结构对称要求,内外模板共取千斤顶12台,支撑杆12根,见图2滑模平面图。
(4)提升架选择
由于选择12台千斤顶,故选择12个“F”提升架对称均匀布置。
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