模板设计方案.docx
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模板设计方案
模板设计方案
一、工程概况:
本工程为二广高速公路怀集至三水段的第9合同段,起点K33+185.54(龙江大桥终点)终点为K37+895.986(本项目终点,接四会至广宁段起点),路段长度4.711Km。
主要包括四会西互通式立体交叉1处、大桥3座,中桥3座,小桥1座,主线范围内共设有涵洞、通道14道,连接线及匝道范围内设有13道;其中立柱、盖梁采用定型钢模板,系梁(承台)采用钢模板配竹胶板制做木模进行施工,通道涵洞及现浇箱梁采用竹胶板满堂支架进行施工。
二、桥梁模板设计原则:
(一)、宜优先使用胶合板和钢模板。
(二)、在计算荷载作用下,对模板及支架结构按受力程序分别难处其强度、刚度及稳定性。
(三)、模板板面之间应平整,接缝严密,不漏浆,保证结构物外露面美观,线条流畅,可设倒角。
(四)、结构简单,制作、装拆方便。
混凝土结构外观的质量,除混凝土自身的问题外即取决于模板施工质量的优劣了,为此模板施工的优劣对混凝土结构的外观影响是至关重要,为将桥梁建设的更加完美,我们对影响混凝土结构外观质量的因素进行了分析,在模板施工方面对于混凝土外观质量影响的重大因素主要有这样几个方面:
1、因模板自身的平整度、光洁度差而影响结构表面质量。
2、由于模板支设时的工艺、方法、牢固性不好而导致结构产生质量问题。
3、多在模板相互之间拼缝位置处发生因模板的平整度、严密性质量差,而造成结构表面质量问题。
为避免上述情况的发生,木模板除要选择质地优良竹胶板制作外,在拼装时还要注意接缝的处理,钢模板在加工中应采取以下措施:
1、面板整体下料、压型方法与控制
面板的下料与压型是保证模板几何尺寸的关键,为确实的作到混凝土结构表面的光洁平整,结构物的每一侧均为一整块模板,模板面板均为整张钢板,不设焊接接口,这样因面板的长度大,且因剪板机与压型长度的约束,还要保证面板的整体性,面板的下料与压型均采用开口、分段施做的方法进行。
即当由于钢板太长剪板机不能一次完成时,采用在钢板上开口多次剪板法进行下料,与剪板工艺相同圆弧线部位的面板成型均采用模具由多次压制完成,确保模板的面板为整张钢板,以确实的保证模板的面板光洁度与平整性。
2、拼缝处质量的控制
模板拼缝的严密性、相互之间的平整度质量,是影响混凝土结构外观的关键部位,也是最易发生问题而不好控制的地方,在桥梁模板的设计中我们通过在模板拼接处设槽口的方法,有效的控制了模板拼缝处的质量。
其工艺为:
首先将模板竖向的组装拼缝设在园角的切点处,并将模板的拼接口设计为企口形式,再利用模板背面的围檩槽钢使其中一侧模板的边口形成一个深6mm的槽口,以此槽口控制模板拼接口处的错位现象,这样利用面板与外部围檩形成的槽口即可有效的控制模板拼接口的平整度且可增加模板的严密性,也就有效的保证了结构表面质量。
三、模板设计方案:
作为桥梁的墩柱及盖梁结构由于其直观性很强,且行人可以直接触摸到,所以在桥梁施工中对其外观的质量要求很高。
故我标段委托大型模板加工厂家定制整体定型模板,这种模板以5~6mm厚的钢板做面板,用80×10mm的角钢和12mm厚的铁板做边肋,以80×10mm的铁板做中肋。
模板支设时用吊车在地面进行拼装,成型后由吊车吊装就位。
这种构造的模板最大的特点是,面板由一块钢板加工成型,模板的整体性较好,使浇筑后的混凝土结构整体表面无模板拼缝痕迹、光洁美观,有效的提高了桥梁墩柱结构的质量。
使桥梁墩柱质量获得了较高的外观效果。
在模板加工及安装过程中还应做到以下几点:
1、钢模板的拼装应符合现行国家标准《组合钢模板技术规范》要求制作,各种螺栓连接件应符合国家现行标准;
2、钢模板进场后应进行试拼,检验合格后方可投入使用;
3、模板安装与钢筋安装工作应配合进行,妨碍绑扎钢筋的模板应待钢筋安装完毕后安设。
模板不应与脚手架联接(模板与脚手架整体设计除外),避免引起模板变形;
4、安装侧模板时,应防止模板移位和凸出。
基础侧模可在模板外设立支撑固定,墩、台的侧模可设拉杆固定。
浇筑在砼中的拉杆,应按拉杆拔出的要求,采取相应措施;
5、模板安装完毕后,应对其平面位置、顶部标高、节点联系及纵横向稳定性进行检查,监理签认合格后方可浇筑砼。
浇筑时发现模板有超过允许偏差变形值的可能时,应及时纠正;
6、模板在安装过程中,必须设置防倾覆设施;
四、立柱模板计算书:
我标段最大块模板的尺寸:
高度H=7500㎜,长度L=1885㎜,竖肋板间距S=300,横肋板间距h=300,面板采用6㎜厚钢板,竖肋采用-80×8扁钢,横肋采用-80×8扁钢。
试全面验算此大模板的强度与钢度。
荷载计算:
(1) 振捣砼时产生的荷载标准值F1:
F1=4.2KN/M2
(2) 新浇砼作用在模板上的最大侧压力F2:
式一:
F2=0.22γt0β1β2V1/2=0.22×2.4×104×5×1.0×1.15×2.81/2
=48.6×104(N/m2)
F2=γH=2.4×104×12=28.8×104(N/m2)
取F2=48.6×104(N/m2)
其中:
γ—砼密度,取γ=2.4×104N/m3
t0——砼初凝时间,取t0=5h
β1—外加剂影响修正系数,不掺外加剂取β1=1.0,掺具有缓凝左右外加剂取β1=1.2,这里取1.0
β2—砼坍落度影响修正系数,坍落度小于3cm,取0.85,5cm—9cm时取1.0,11cm—15cm时取1.15,这里取1.15
V—砼灌注速度(m/h),按20m3/h这里取2.8m/h
H—砼侧压力计算位置处至新浇砼顶面的总高度
(3) 倾倒砼时产生的水平荷载标准值F3:
F3=2.2KN/m2
(4)设计最大侧压力:
q=1.4F1+1.2F2+1.4F3=1.4×4.2+1.2×48+1.4×2.2=67.28KN/M2
1面板验算:
选面板小方格中最不利情况计算,即四面固定,由于Ly/Lx=h/S=300/300=1(查建筑工程模板施工手册表5-9-16)双向板在均布荷载作用下的内力及变形系数,得最大弯矩系数:
Kmx=-0.0513,最大挠度系数:
Kf=0.00127。
(a)强度验算
取1㎜宽的板条为计算单元,荷载为:
F=0.0673N/㎜2
q=0.06673×1=0.0673N/㎜,但应乘以0.85荷载调整系数,故:
q=0.85×0.0673=0.057N/㎜:
Mmax=Kmxqly2=0.0513×0.057×3002=263.2N·㎜
Wx=1/6bh2=1/6×1×62=6㎜3
由式бmax=Mmax/rx·Wx=263.2/1×6=43.9N/㎜2<215N/㎜2(查建筑工程模板施工手册表5-2-4)满足要求;
(b)挠度验算:
Vmax=Kf·Fly4/B0
取F=67.28KN/㎡=0.0673N/㎜2
B0=E·h3/12×(1-ν2)=2.06×105×63/12×(1-0.32)=40.75×105N·㎜
则Vmax=0.00127×(0.0673×3004/40.75×105)=0.2㎜
[ν]=ly/500=0.6>0.2㎜满足要求;
③横肋计算:
(a)荷载:
q=F3·h=0.0673×300=21.2N/㎜
(b)强度验算:
根据钢板80×8
Wx=1/6·b·h2=1/6×8×802=0.85×104㎜3
Ix=1/12·b·h3=1/12×8×803=0.43×105㎜4
бmax=Mmax/rx·Wx=0.125×21.2×3002/1×0.85×104
=28.1N/㎜2<f=215N/㎜2满足要求;
(c)挠度验算:
荷载:
q2=F·h=0.067×300=21.2N/㎜
·跨中部分挠度
Vmax=q2ly4/384EI(5-24λ2)=21.2×3004/384×2.06×105×0.43×105×(5-24×02)=0.25㎜<ly/500=0.6㎜满足要求;
④竖肋-80×8钢板验算:
(a)荷载:
q=F3.lx=0.067×300=20.1N/㎜
(b)强度验算:
Mmax=KmxqlX2=0.125×20.1×3002=22.6×104
Wx=1/6·b·h2=1/6×8×802=0.85×104㎜3
Ix=1/12·b·h3=1/12×8×803=0.43×105㎜4
бmax=Mmax/rx·Wx=22.6×104/1×0.85×103=26.6N/㎜2<f=215N/㎜2
即满足要求;
(c)挠度验算:
荷载:
q=F·lx=0.067×300=20.1N/㎜
·跨中部分挠度
Vmax=q2lx4/384EI(5-24λ2)=20.1×3004/384×2.06×105×0.43×104×(5-24×02)=0.5㎜<lx/500=0.8㎜满足要求;
五、盖梁模板设计
一、模板设计:
1、侧模与端模支撑
侧模为特制大钢模,面模厚度为δ5mm,肋板高为10cm,在肋板外设2[14背带。
在侧模外侧采用间距0.8m的2[14b槽钢作竖带,竖带高2.0m;在竖带上下各设一条φ16的栓杆作拉杆,上下拉杆间间距1.8m,在竖带外设φ48的钢管斜撑,支撑在横梁上。
2、底模支撑
底模为特制大钢模,面模厚度为δ5mm,肋板高为10cm。
在底模下部采用12cm×12cm的方木作为横梁,间距0.2m,横梁长2.0m。
3、纵梁
采用12.4m长的工45c型钢作为纵梁。
两片纵梁之间采用φ16的栓杆连接;纵梁下为抱箍。
4、抱箍
采用两块半圆弧型钢板(板厚t=10mm)制成,M30的高强螺栓连接,抱箍高60cm,采用14根高强螺栓连接。
抱箍紧箍在墩柱上产生摩擦力提供上部结构的支承反力,是主要的支承受力结构。
二、验算说明:
1、计算原则
(1)在满足结构受力情况下考虑挠度变形控制。
(2)综合考虑结构的安全性。
(3)采取比较符合实际的力学模型。
(4)尽量采用已有的构件和已经使用过的支撑方法。
2、对部分结构的不均布,不对称性采用较大的均布荷载。
3、盖梁计算未扣除墩柱承担的盖梁砼重量。
以做安全储备。
三、盖梁模板稳定性验算(以A匝道桥为例计算)
(一)、侧模支撑计算
1、力学模型
假定砼浇筑时的侧压力由拉杆和竖带承受,Pm为砼浇筑时的侧压力,T1、T2为拉杆承受的拉力,计算图式如图1所示。
2、荷载计算
查《路桥施工计算手册》第173页:
砼浇筑时的侧压力:
Pm=Kγh
式中:
K---外加剂影响系数,取1.0;
γ---砼容重,取26kN/m3;
h---有效压头高度。
砼浇筑速度v按0.3m/h,入模温度按20℃考虑。
则:
v/T=0.3/20=0.015<0.035
h=0.22+24.9v/T=0.22+24.9×0.015=0.6m
Pm=Kγh=1.0×26×0.6=15.6kPa
图1侧模支撑计算图式
砼振捣对模板产生的侧压力按2kPa考虑。
则:
Pm=15.6+2=17.6kPa
盖梁长度每延米上产生的侧压力按最不利情况考虑(即砼浇筑至盖梁顶时):
P=Pm×(H-h)+Pm×h/2=15.6×1+15.6×0.6/2=20.3kN
3、拉杆拉力验算
拉杆(φ16圆钢)间距0.8m,0.8m范围砼浇筑时的侧压力由上、下两根拉杆承受。
则有:
σ=(T1+T2)/A=0.8P/2πr2
=0.8×20.3/2π×0.0082
=40406kPa=40.4MPa<[σ]=160MPa(满足要求)
4、竖带抗弯与挠度计算
设竖带两端的拉杆为竖带支点,竖带为简支梁,梁长l0=1.8m,砼侧压力按均布荷载q0考虑。
竖带[12.6槽钢的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩Ix=388.5cm4;
抗弯模量Wx=61.7cm3
q0=20.3×0.8=16.2kN/m
最大弯矩:
Mmax=q0l02/8=16.2×1.82/8=6.6kN·m
σ=Mmax/2Wx=6.6×106/(2×61.7×103)
=53.5MPa<[σw]=160MPa(满足要求)
挠度:
fmax=5q0l04/384×2×EIx
=5×16.2×1.84/(384×2×2.1×108×388.5×10-8)=0.00135m
[f]=l0/400=1.8/400=0.0045mfmax<[f],竖带挠度满足要求。
四、抱箍稳定性验算
1、荷载计算
(1)盖梁砼自重:
G1=27.4m3×25kN/m3=685kN
(2)模板自重:
G2=50kN
(3)施工荷载:
G3=15kN
(4)倾倒混凝土产生的冲击荷载:
G4=4Kpa×8.5×0.12×2=8.16kN
(5)振捣混凝土产生的荷载:
G5=2Kpa×8.5×0.12×2=4.08kN
工字钢横梁上的总荷载:
GH=G1+G2+G3+G4+G5=685+50+15+8.16+4.08=762.2kN
qH=762.2/11.1=68.7KN/m
由于采用两根工字钢横梁,则作用在单根工字钢横梁上的均布荷
载GH’=68.7/2=34.3kN/m
2、抱箍承载力计算
(1)、荷载计算
每个盖梁按墩柱设两个抱箍体支承上部荷载,由上面的计算可知:
支座反力RA=RB=qH’×11.1×(1+2×1.3/8.5)/2=34.3×11.1×(1+2×1.3/8.5)/2=248.6kN
以最大值为抱箍体需承受的竖向压力N进行计算,该值即为抱箍体需产生的摩擦力。
3、抱箍受力计算
(1)螺栓数目计算
抱箍体需承受的竖向压力N=248.6kN
抱箍所受的竖向压力由M30的高强螺栓的抗剪力产生,查《路桥施工计算手册》第426页:
M30螺栓的允许抗剪力:
[NL]=Pμn/K
式中:
P---高强螺栓的预拉力,取210kN;
μ---摩擦系数,取0.3;
n---传力接触面数目,取1;
K---安全系数,取1.7。
则:
[NL]=210×0.3×1/1.7=37.1kN
螺栓数目m计算:
m=N’/[NL]=248.6/37.1≈6.7个,取计算截面上的螺栓数目m=7个。
则每条高强螺栓提供的抗剪力:
P′=N/13=248.6/7=35.5KN<[NL]=37.1kN
故能承担所要求的荷载。
(2)螺栓轴向受拉计算
砼与钢之间的摩擦系数取μ=0.3计算
抱箍产生的压力Pb=N/μ=248.6kN/0.3=828.7kN由高强螺栓承担。
则:
N’=Pb=828.7kN
抱箍的压力由7条M30的高强螺栓的拉力产生。
即每条螺栓拉力为N1=Pb/7=675kN/6=118.4kN<[S]=210kN
σ=N”/A=N′(1-0.4m1/m)/A
式中:
N′---轴心力
m1---所有螺栓数目,取:
14个
A---高强螺栓截面积,A=5.19cm2
σ=N”/A=Pb(1-0.4m1/m)/A=828.7×103×(1-0.4×7/13)/13
×5.19×102=91.2MPa<[σ]=140MPa
故高强螺栓满足强度要求。
五、抱箍体的应力计算:
1、抱箍壁为受拉产生拉应力
拉力P1=14N1=14×35.5=497(KN)
抱箍壁采用面板δ10mm的钢板,抱箍高度为0.6m。
则抱箍壁的纵向截面积:
S1=0.01×0.6=0.006(m2)
σ=P1/S1=497×103/0.006×106=82.8(MPa)<[σ]=140MPa
满足设计要求。
2、抱箍体剪应力
查《路桥施工计算手册》第177页:
A3钢材容许剪应力[τ]=85MPa,容许弯曲应力[σW]=145MPa
抱箍体所受剪应力τ=(1/2RA)/(2S1)
=(1/2×248.6)×103/(2×0.004)×106=15.5MPa<[τ]=85MPa
满足强度要求。
六、工字钢稳定性验算
1、工字钢计算
(1)、荷载计算
由前面计算知:
工字钢纵梁上的总荷载:
GH=762.2kN
qH=762.2/11.1=68.7KN/m
由于采用两根I45c工字钢纵梁,则作用在单根工字钢纵梁上的均布荷载GH’=68.7/2=34.3kN/m
(2)、纵梁抗弯与挠度验算
I45c工字钢纵梁的弹性模量E=2.1×105MPa;惯性矩I=35278cm4;抗弯模量Wx=1567.9cm3,
最大弯矩:
Mmax=qH’LH2/8=34.3×8.52/8=310kN·m
σ=Mmax/Wx=310×106/(1567.9×103)
197.7MPa<1.3[σw]=208MPa(满足要求)
最大挠度:
fmax=qH’lH4×5×8.52/384×EI
=34.3×6.84×5×8.52/(384×2.1×108×35278×10-8)
=0.013m
[f]=l0/400=8.5/400=0.021m
fmax<[f],纵梁挠度满足要求
通过以上系列验算证明:
盖梁施工采用的模板及抱箍全部符合要求,施工是安全可靠的,施工方案可行。
六、现浇箱梁支架强度验算
(一)立杆验算
1、主构件允许荷载
⑴支撑立杆设计荷载
立杆竖向步距60cm,框架立杆荷载Pmax=40KN/根
⑵横杆设计荷载
HG-90:
Pmax=6.77KN,Qmax=14.81
2、立杆稳定性验算
⑴支架荷载计算面积(每根立杆支撑面积)
箱梁中部:
A1=0.9×0.9=0.81㎡
⑵荷载组合
1、钢筋混凝土结构按容重26KN/m3计算自重
支架的最不利荷载位置是墩柱两侧2.75米范围内,所以这个部位的支架受力检算合格,则整个支架稳定。
P砼1=[9.4×1.4×3.9-(9.48+4.8)÷2×3]×26÷(9.4×3.95)
=20.94KN/m2
2、人行机具动荷载
P动=2KN/m2
3、板楞条荷载
P模=4.5KN/m2
4、冲击荷载
P冲1=P砼1×30%=20.94×0.3=6.28KN/m2
5、撑架高度小于10m,可不考虑构件自重
6、撑架总荷载
梁中部:
P总1=P砼1+P动+P模+P冲1
=20.94+2+4.5+6.28=33.72KN/m2
7、根立杆支撑计算荷载
梁中部:
P计1=P总1×A1=33.72×0.81=27.31KN/根<[P]=40KN/根
故支架立杆稳定。
(二)方木强度和挠度验算
1、15×15cm方木,碗口架纵向中心距离为90cm。
单根15×15cm方木所承受的均布荷载q=33.72×0.9=30.35KN/m
I=ab3/12=0.15×0.153/12=4.2187×10-5m4
W=ab2/6=0.15×0.152/6=5.625×10-4m4
E=1×1010Pa
Mmax=1/8ql2=1/8×30.35×0.92=3.07KN·m
σmax=Mmax/W=3.07×103/5.625×10-4=5.46MP<〔σ〕=15MP
f=5ql4/384EI=(5×30.37×103×0.94)/(384×1010×4.2187×10-5)=0.61mm<〔f〕=l/600=1.5mm
故15×15cm方木满足强度和挠度要求。
2、10×10cm方木净间距为30cm,碗扣架横向中心距离为90cm,净跨则为75cm。
单根10×10cm方木所承受的均布荷载q=33.72×0.30=10.12KN/m
I=ab3/12=0.1×0.13/12=8.333×10-6m4
W=ab2/6=0.1×0.12/6=1.667×10-4m4
Mmax=1/8ql2=1/8×10.12×0.752=0.712KN·m
σmax=Mmax/W=0.712×103/1.667×10-4=4.27MP<〔σ〕=15MP
f=5ql4/384EI=(5×10.12×103×0.754)/(384×1010×8.333×10-6)=0.50mm<〔f〕=l/600=1.5mm
故10×10cm方木满足强度和挠度要求。
(三)竹胶板强度和挠度验算
竹胶板厚度为15mm,小方木净跨距为20cm,取1米宽计算。
竹胶板所受的均布荷载q=20.94×0.2=4.19KN/m
I=ab3/12=1×0.0153/12=2.81×10-7m4
W=ab2/6=1×0.0152/6=3.75×10-5m4
E=1×1010Pa
最大弯矩Mmax=1/8ql2=1/8×4.19×0.22=0.02095KN·m
σmax=Mmax/W=0.02095×103/3.75×10-5
=5.59MP<〔σ〕=15MP满足要求
最大挠度:
f=5ql4/384EI=(5×4.19×103×0.24)/(384×1010×2.81×10-7)=0.031mm<〔f〕=l/600=0.33mm满足要求
七、立柱及盖梁施工示意图
墩柱施工示意图
墩帽施工示意图
八、立柱及盖梁模板设计图
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