墩柱模板计算一、计算依据1、《铁路桥涵设计基本规范》2、《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》(TZ213-2005)3、《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)4、《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GBJ204-83)5、《铁路组合钢模板技术规则》(TBJ211-86)6、《铁路桥梁钢结构设计规范》7、《铁路桥涵施工规范》(TB10203-2002)8、《京沪高速铁路设计暂行规定》(铁建设[2004])<9、《钢结构设计规范》(GB50017—2003)二、设计参数取值及要求1、混凝土容重:25kN/m3;2、混凝土浇注速度:2m/h;3、浇注温度:15℃;4、混凝土塌落度:16~18cm;5、混凝土外加剂影响系数取;6、最大墩高17.5m;7、设计风力:8级风;8、模板整体安装完成后,混凝土泵送一次性浇注。
三、?四、荷载计算1、新浇混凝土对模板侧向压力计算混凝土作用于模板的侧压力,根据测定,随混凝土的浇筑高度而增加,当浇筑高度达到某一临界时,侧压力就不再增加,此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。
侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。
新浇混凝土对模板侧向压力分布见图1。
[图1新浇混凝土对模板侧向压力分布图在《铁路混凝土与砌体工程施工规范》(TB10210-2001)中规定,新浇混凝土对模板侧向压力按下式计算:在《钢筋混凝土工程施工及验收规范》(GBJ204-83) 中规定,新浇混凝土对模板侧向压力按下式计算:新浇混凝土对模板侧向压力按下式计算:Pmax=γt 0K 1K 2V 1/2 Pmax =γh 式中:…Pmax ------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kN/m2)γ------混凝土的重力密度(kN/m3)取25kN/m3 t0------新浇混凝土的初凝时间(h ); V------混凝土的浇灌速度(m/h );取2m/h h------有效压头高度;H------混凝土浇筑层(在水泥初凝时间以内)的厚度(m); K1------外加剂影响修正系数,掺外加剂时取;K2------混凝土塌落度影响系数,当塌落度小于30mm 时,取;50~90mmmax 7272240kPa1.62 1.6P υυ⨯===++时,取1;110~150mm 时,取。
Pmax=γt0K1K2V1/2=×25×8×××21/2= kN/m2 h= Pmax/γ=25=(由计算比较可知:以上两种规范差别较大,为安全起见,取大值作为设计计算的依据。
2、风荷载计算风荷载强度按下式计算: W=K1K2K3W0W------风荷载强度(Pa);W0------基本风压值(Pa), ,8级风风速v=~20.7m/s ;K1------风载体形系数,取K1=; K2------风压高度变化系数,取K2=1; K3------地形、地理条件系数,取K3=1;`W=K1K2K3W0=×=桥墩受风面积按桥墩实际轮廓面积计算。
3、倾倒混凝土时产生的荷载取4kN/ m2。
五、 荷载组合墩身模板设计考虑了以下荷载; ① 新浇注混凝土对侧面模板的压力 ② 倾倒混凝土时产生的荷载 ③ 风荷载荷载组合1:①+②+③ (用于模板强度计算) 荷载组合2:① (用于模板刚度计算) 六、 :七、计算模型及结果201W 1.6V =22011W 20.7267.8Pa 1.6 1.6V ==⨯=采用有限元软件midas6.7.1进行建模分析,其中模板面板采用4节点薄板单元模拟,横肋、竖肋及大背楞采用空间梁单元模拟,拉筋采用只受拉的杆单元模拟。
模板杆件规格见下表:表1 模板杆件规格杆件型号材质:6mm厚钢板Q235面板法兰14mm厚钢板Q235拉筋直径25mm精扎螺纹钢Q235竖肋#10号槽钢横肋10mm厚钢板Q235大背楞25号双拼槽钢Q2351、墩帽模板计算(墩身厚2.8m)1)有限元模型【墩帽模板有限元模型见图2~图3。
墩帽模板中间流水槽处设一道水平拉筋,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋。
立面侧面|平面图2 墩帽模板有限元网格模型"图3 墩帽模板三维有限元模型2)大背楞强度计算大背楞采用3槽25a ,在荷载组合1作用下应力见图4。
—图4 大背楞应力图[]max 71MPa<140MPaσσ==,强度满足。
3)纵、横肋强度计算墩帽模板纵横肋采用100×10mm 钢板,其在荷载组合一作用下应力见图5。
.]图5 纵、横肋应力图[]max 58MPa<140MPaσσ==,强度满足。
4)面板强度计算墩帽模板面板采用6mm 钢板,其在荷载组合一作用下应力见图6。
、图6 面板应力图[]max 24MPa<140MPaσσ==,强度满足。
5)顶帽模板刚度计算在荷载组合2作用下各节点位移见图7。
"—图7 节点位移图从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为2mm,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算拉杆采用φ25精扎螺纹钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,如只设一道拉杆,其最大拉应力为284MPa,只能采用精扎螺纹钢。
如设二道拉杆,其最大拉应力为177MPa。
;图8 拉杆应力图2、墩帽模板计算(墩身厚2m)1)有限元模型墩帽模板有限元模型见图9~图10。
(墩帽模板中间流水槽处设一道水平拉筋,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋。
立面侧面…平面图9 墩帽模板有限元网格模型\图10 墩帽模板三维有限元模型2)大背楞强度计算大背楞采用2槽16a ,在荷载组合1作用下应力见图11。
—图11 大背楞应力图[]max 75MPa<140MPa σσ==,强度满足。
3)纵、横肋强度计算墩帽模板纵横肋采用100×10mm 钢板,其在荷载组合一作用下应力见图12。
】图12 纵、横肋应力图[]max 89MPa<140MPaσσ==,强度满足。
4)面板强度计算(墩帽模板面板采用6mm 钢板,其在荷载组合一作用下应力见图13。
&图13 面板应力图[]max 59MPa<140MPaσσ==,强度满足。
5)顶帽模板刚度计算在荷载组合2作用下各节点位移见图14。
:图14 节点位移图从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为1.7mm ,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算,拉杆采用φ25钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,其最大拉应力为142MPa。
拉杆应力见下图。
{图15 拉杆应力图3、墩身模板计算(墩身厚2.8m)1)有限元模型墩身模板有限元模型见图16~图17。
墩身模板中间流水槽处设一道水平拉筋,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋。
%立面侧面平面图16 墩身模板有限元网格模型~图17 墩身模板三维有限元模型2)大背楞强度计算大背楞采用2槽25a ,在荷载组合1作用下应力见图18。
*图18 大背楞应力图[]max 91MPa<140MPaσσ==,强度满足。
3)竖、横肋强度计算|墩身模板横肋采用100×10mm 钢板,竖肋采用10号槽钢,其在荷载组合一作用下应力见图19。
图19 纵、横肋应力图\max 112MPa σ=4)面板强度计算墩身模板面板采用6mm 钢板,其在荷载组合一作用下应力见图20。
,图20 面板应力图[]max 35MPa<210MPaσσ==,强度满足。
5)墩身模板刚度计算在荷载组合2作用下各节点位移见图21。
!图21 节点位移图从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为3mm,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算拉杆采用φ25精扎螺纹钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,在模板中间流水槽位置水平设一道拉杆其最大拉应力为271MPa,须采用φ25精扎螺纹钢。
如设2道,其应力为165 MPa。
…图22 拉杆应力图4、墩身模板计算(墩身厚2m)1)有限元模型墩身模板有限元模型见图23~图24。
`墩身模板中间流水槽处设一道水平拉筋。
立面侧面平面/图23 墩身模板有限元网格模型>图24 墩身模板三维有限元模型2)大背楞强度计算大背楞采用2槽16a ,在荷载组合1作用下应力见图25。
;图25 大背楞应力图[]max 104MPa<140MPaσσ==,强度满足。
3)竖、横肋强度计算墩身模板横肋采用100×10mm 钢板,竖肋采用10号槽钢,其在荷载组合一作用下应力见图26。
!图26 纵、横肋应力图max 200MPa σ=。
4)面板强度计算墩身模板面板采用6mm 钢板,其在荷载组合一作用下应力见图27。
】图27 面板应力图[]max 46MPa<140MPaσσ==,强度满足。
5)墩身模板刚度计算在荷载组合2作用下各节点位移见图28。
图28 节点位移图从图中看出,模板在荷载组合2作用下最大位移为2mm,为顺桥方向。
6)拉杆强度计算拉杆采用φ25钢筋,在模板中间流水槽位置水平设一道,高度方向设3层。
通过计算可知,其最大拉应力为124MPa。
图29 拉杆应力图八、结论计算模型中选取了2m及2.8m厚桥墩模板进行了计算,均满足强度及刚度要求,因此在2m及2.8m范围内的模板易满足要求。
墩身模板中间流水槽位置水平设一道拉筋,为统一规格,均采用φ25精扎螺纹钢;3m高的模板竖向设3层,2m及1.5m高的模板竖向设2层,间距1m,1m及0.5m高的模板竖向设1层。
墩帽模板中间流水槽位置水平设一道拉筋,采用φ25精扎螺纹钢,竖向设3层,顶部高出混凝土面100mm处顺桥长方向设4道水平拉筋,水平间距0.5m。
经计算,2m及1.5m高桥墩模板横肋采用10mm厚钢板,其它可采用8mm厚钢板。
按投标文件的要求在墩身模板中间流水槽位置水平设一道拉筋,经计算得知拉杆的最大拉应力达到284MPa,超过Q345钢材的容许拉应力,故拉杆采用精扎螺纹钢。
经有限元分析及构造要求,环肋应采用断横不断纵的方式。
具体尺寸及构造详见桥墩模板方案图。