方墩计算.docx
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方墩计算
目录
一工程概况1
二计算依据1
三模板设计1
3.1模板结构简介1
3.2墩身模板荷载计算2
3.3模板面板计算3
一工程概况
本段施工范围内*****3.5*6.1米圆角方墩模板,其墩身为直墩,每次施工浇注混凝土最高为4m。
设计墩身模板如下图所示,选取墩身截面:
图1墩身模板截面图单位:
mm
二计算依据
1.《钢结构设计规范》(GB50017-2003);
2.《公路桥涵施工技术规范》;
3.《机械设计手册(新编软件版)2008》;
4.《材料力学》(西南交大版);
5.《路桥施工计算手册》。
三模板设计
3.1模板结构简介
模板设计参数:
模板组件材料选用:
面板选用δ=5mm厚钢板,模板的竖肋为[10#,其间距均为L=30cm;侧模周边法兰为δ12×120;背杠为2[16a,间距为70cm;采用D22对拉杆固定,模板开φ26对拉栓孔,穿φ25PVC管。
3.2墩身模板荷载计算
3.2.1侧压力计算
根据《公路桥涵施工技术规范》设计规范附录D,混凝土侧压力的计算如下式所示。
式中:
——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kPa);
h——有效压头高度(m);
V——混凝土的浇筑速度(m/h),按每小时提供的混凝土
22m3的数量进行浇筑,则v=22/10.1=2.18m/h;
——新浇筑混凝土的初凝时间(h),t0=200/(T+15)
(T为混凝土的温度℃,可按实测确定,取白天20,
当温度低于20°时应考虑混凝土的初凝时间,降
低混凝土浇筑速度),t0=200/(20+15)=5.7;
——混凝土的容重(kN/m2),取γ=25kN/m3;
——外加剂影响修正系数,不掺外加剂时取1.0,掺缓凝作用的外加剂时取1.2;
——混凝土坍落度影响修正系数,当塌落度小于30mm时,取0.8;50~90mm时,取1.0;110~150mm时,取1.15。
根据上述规范附录D规定,公式计算值与
计算值比较取最小值为最大侧压力。
根据施工图纸可知侧压力计算如下所示。
根据以上计算可知,取两者中较小值为
。
根据《路桥施工计算手册》表8-2可知,振捣混凝土对侧模模板的侧压力为P=4.0kPa计。
考虑振捣混凝土时对侧模模板的压力,则最大侧压力计算如下所示。
Pmax=1.2×Pn1+1.4×Pn3=1.2×63.9+1.4×4.0=82.3kPa
通过计算可知,混凝土的最大侧压力Pmax=82.3kPa。
3.3模板面板计算
墩身模板面板为δ=5mm厚的钢板,设有竖肋,竖肋间距为300mm,横肋间距为700mm,故对面板可作双向板并且以三面固结,一面简支进行计算。
计算简图如下图3.3-1所示。
图3.3-1墩身模板计算简图单位:
mm
根据Lx/Ly=300/700=0.43,根据《路桥施工手册》附表2-18可知道挠度系数fmax=0.00160mm-1,X弯矩系数Mx=0.0227,y弯矩系数My=0.0168,Mx0=-0.0600,My0=-0.0550,取10mm宽的板条进行计算。
则10mm钢板的力学特性计算如下所示。
惯性:
I=b×h3/12=10×53/12=180mm4
截面惯性矩:
W=b×h2/6=10×52/6=60mm3
面积:
S=b×h=10×5=50mm2
由于钢板采用的是A3钢,根据《机械设计手册》(软件版)2008可知道其容重γ=78.5kN/m3。
将混凝土的侧压力转化为线性荷载:
Q=p×L=0.0784×10=0.784N/mm。
根据《路桥施工手册》附表2中,刚度K计算公式如下式3-1所示:
(3-1)
式中:
——弹性模量;
——板厚;
——泊松比,对钢筋混凝土板,
;
对于钢板,
。
根据公式(3-1)弹性模量计算如下所示。
根据《路桥施工手册》附表2中,可知挠度和弯矩计算公式分别如下所示。
挠度计算公式如下式3-2所示。
(3-2)
弯矩计算公式如下式3-3所示。
(3-3)
式中:
—均布荷载;
—其中
为Lx和Ly中的较小者。
根据公式(3-3)弯矩计算如下所示。
跨中弯矩计算如下所示。
考虑到钢板的泊松比υ=0.3,故换算弯矩计算如下所示。
支座弯矩计算如下所示。
因此取最大弯矩
进行应力计算,计算如下所示。
根据上面计算结构可知道,
,其中181MPa是根据《路桥施工计算手册》表8-7,A3钢的容许应力,则钢板的强度满足施工的要求。
取1mm宽的面板进行刚度验算,将混凝土的侧压力转化为线性荷载:
Q=p×L=0.0784×1≈0.0784N/mm。
根据公式(5-4)挠度计算如下所示。
根据上面计算结构可知道,
,则钢板的刚度满足施工的要求。
3.4竖肋计算
竖肋采用[10#,其间距为300mm;竖肋后设置有背杠作为竖肋的支承,则竖肋计算如下所示。
将墩身模板侧压力转化为线性荷载加载到10号槽钢上,则q=0.1045×300=31.35N/mm。
由于10号槽钢位于墩身模板后的竖肋处,墩身模板为2m标准节,则计算时按两端悬臂的一跨连续梁进行计算;由模板图纸可知,模板的脊梁间距为1.0m,则10号槽钢的跨度为1.0m。
建模如下图3.4-1所示:
图3.4-1[12#荷载加载图单位:
kN/m
通过软件计算可得10#槽钢的剪应力和组合应力,如下图所示:
图3.4-2[10#剪应力图和组合应力图单位:
MPa
由上图3.4-2可知,[10#剪应力τ=28.02MPa<125MPa;组合应力σ=67.897MPa<215MPa。
通过软件计算可得10#槽钢的挠度值,如下图所示:
图3.4-3[10#变形图单位:
mm
由上图3.4-3可知,10#槽钢的挠度f=0.882mm通过计算可知,竖肋的强度和刚度满足施工要求。
3.5横向背带计算
横向背带采用2[16、,每2米节模板的背杠设置三道,间距为70cm,在背杠设置直径为22mm的拉杆4根。
墩身模板侧压力转化为线性荷载,则q=0.0823×1000=82.3N/mm。
将线性荷载82.3N/mm加载到2[16桁架上,
横筋跨中弯矩计算公式:
M=0.175*p*l
其中,作用在横筋的荷载:
p=(1.2*82.3+1.4*2)*1.464*0.3=44.6kN;
横筋最大弯矩:
M=0.175*(44600/2)*300=1170750N/mm;
强度验算:
σ=M/W=1170750/2.16*105=5.42N/mm2<235N/mm2;
所以横筋的抗弯强度满足要求。
根据《建筑施工计算手册》,刚度验算采用荷载标准值,同时不考虑振动荷载作用。
ω = 1.146pl3 / 100EI < [ω] = l/1300=300/1300=0.231mm
作用在横筋的荷载:
p=44.6kN;
ω=1.146*44600*3003/100*210000*1.983*106=0.0331mm< 0.234mm
所以横筋的挠度满足要求。
3.6拉杆计算
根据中图可知,,其最大拉力计算如下所示:
F=82.3×1×4/3=109.7KN
对拉杆拉栓采用M22圆钢,一根拉杆提供的最大抗拉力计算如下所示:
[F]=85%×215×π×222/4=69.4KN
通过计算可知,由于设有4根拉杆,则4根拉杆提供的最大抗拉力[F]=4×69.4=277.6>109.7kN,因此,对拉杆拉栓强度满足要求,为更好保证安全,建议拉杆两端各设置双螺母。
角拉杆拉栓采用M30圆钢,一根拉杆提供的最大抗拉力计算如下所示:
[F]=85%×215×π×302/4=129.1KN
通过计算可知,由于设有三根拉杆,则三根拉杆提供的最大抗拉力[F]=129.1>109.7/2=54.85kN,因此,角拉杆拉栓强度满足要求,为更好保证安全,建议拉杆两端各设置双螺母。
3.7螺栓计算
螺栓采用M20,间距均为200mm,竖法兰计算其拉力:
[F]=85%×215×π×17.652/4=44.69KN
按1米6颗螺栓计算承受最大拉力268>109.7KN,满足强度。
水平法兰计算其抗剪力:
[F]=85%×130×π×17.652/4=27.02KN
按1米6颗栓计算承受力162>109.7KN,满足强度。