爬模计算单讲解.docx
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爬模计算单讲解
徐葛大桥
主塔爬模计算单
计算:
复核:
项目负责:
副部长:
部长:
一、计算依据
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
《钢结构工程施工质量验收规范》(GBJ5005-2001)
《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85)
《液压爬升模板工程技术规程含说明》(195-JGJ195-2010)
二、计算内容
主塔爬模由模板系统和爬架系统组成,本次验算主要对爬架的主要构件在恒载、施工荷载、风荷载作用下的受力及变形。
一)计算工况
1、施工工况(7级风荷载、自重荷载和施工荷载),此工况包括浇筑砼和绑扎钢筋,爬模装置在正常施工状态和遇有7级风施工时均能满足设计要求;
2、爬升工况(7级风荷载、自重荷载和施工荷载),此工况包括导轨爬升、模板爬升,爬升装置在7级风荷载下进行爬升能满足设计要求;
3、停工工况(9级风荷载和自重荷载),在此工况既不施工也不爬升,模板之间用对拉螺栓坚固连接等可靠的加固措施,爬模装置能在9级风荷载下满足设计要求。
二)计算荷载
1、砼荷载(侧压力):
由模板对拉杆承受;
2、施工荷载:
上操作平台施工荷载取4.0KN/m2;
下操作平台施工荷载取1.0KN/m2;
3、风荷载
ωK=βgzμsμzω0
ωK—风荷载标准值(KN/m2);
βgz—高度Z处的风振系数,按《建筑结构荷载规范》中公式计算取1.48;
μs—风荷载体型系数,按各种截面的杆件取1.3;
μz—风压高度变化系数,主塔高约70m,地面粗糙度按A级考虑,查表取2.20;
ω0—基本风压,ω0=υ02/1600,但不得小于0.3Kpa。
按《液压爬升模板工程技术规程含说明》中规定取值
按平均值取,7级风荷载υ0取15.5m/s,9级风荷载υ0取22.6m/s,风荷载为水平和垂直两个方向。
风速(m/s)
ω0(KPa)
βgz
μz
μz
ωK(KPa)
7级风
15.5
0.3
1.48
2.20
1.3
1.27
9级风
22.6
0.32
1.48
2.20
1.3
1.36
线风载q=ωK*b
三)材料特性
1、钢材
弹性模量E=2.1×1011Pa;
泊松比μ=0.3;
密度ρ=7850Kg/m3
容许应力:
Q235a的[σ]=145*1.3=188.5MPa;[τ]=85*1.3=110.5Mpa;
Q345a的[σ]=210*1.3=273MPa;[τ]=120*1.3=156Mpa;
2、砼
弹性模量E=3.45×1010Pa;
泊松比μ=0.1667;
密度ρ=2540Kg/m3
四、爬架的计算
一)工况一
此工况包括浇筑砼和绑扎钢筋,爬架所受荷载为7级风荷载、自重荷载和施工荷载。
1、上爬架计算
1)上爬架所受荷载
A、风荷载
风荷载分水平和垂直两个方向
以上爬架的宽度计,上爬架所受风线荷载q=1.27KN/m2×0.156m=0.2KN/m
B、施工荷载
上爬架的施工荷载取4.0KN/m2,上爬架的间距为2.1m,q=4.0KN/m2×2.1m=8.4KN/m
C、自重
2)计算模型
水平方向风荷载:
垂直方向风荷载:
3)应力图:
风荷载水平方向时σ组=86.1MPa<145×1.3=188.5MPa;
风荷载垂直方向时σ组=80.8MPa<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图:
风荷载水平方向时ωmax=2.25mm<5425/400=13.6mm;
风荷载垂直方向时ωmax=2.03mm<5425/400=13.6mm;
5)反力图:
Ra1=-4.5KN,Rb1=49.0KN,
Ra2=-1.4KN,Rb2=46.4KN
2、下吊架计算
1)下吊架所受荷载
A、风荷载
风荷载分水平和垂直两个方向
以上爬架的宽度计,上爬架所受风线荷载q=1.27KN/m2×0.156m=0.2KN/m
B、施工荷载
上爬架的施工荷载取1.0KN/m2
上爬架的间距为2.1m,q=1.0KN/m2×2.1m=2.1KN/m
C、自重
2)计算模型
水平方向风荷载:
垂直方向风荷载:
3)应力图:
风荷载水平方向时σ组=23.9MPa<145×1.3=188.5MPa;
风荷载垂直方向时σ组=22.6MPa<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图:
风荷载水平方向时ωmax=3.48mm<5425/400=13.6mm;
风荷载垂直方向时ωmax=2.91mm<5425/400=13.6mm;
5)反力图:
Ra3=17.7KN,Rb3=-4.0KN,
Ra4=16.7KN,Rb4=-2.4KN
3、模板支撑架计算
1)模板支撑架所受荷载
A、砼荷载
由于主塔倾斜,施工中由斜度产生的三角形荷载考虑由模板支撑架承担
模板支撑架的间距为2.8m,将2.8m范围内的三角荷载换算为均布,三角形面积为2.85m2,支撑架杆长3.65m,q=2.85m2×25.4KN/m3/3.65m=19.8KN/m
B、自重
2)计算模型
3)应力图:
σ组=123.6MPa<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图:
ωmax=3.57mm<3650/400=9.1mm;
5)反力图:
Ra5=-80.4KN,Rb5=103.1KN
4、承重架上纵梁计算
承重架上共有6根纵梁,其中两根H型钢,四根C20,C20承受移动模板支架反力,靠近主塔的H型钢承受移动模板支架反力及爬架、吊架的反力,远离主塔的H型钢承受爬架、吊架的反力。
1)承重架上纵梁所受荷载
取两种风荷载的反力较大值,
Ra1=-4.5KN,Rb1=49.0KN,
Ra3=17.7KN,Rb3=-4.0KN,
Ra5=-80.4KN,Rb5=103.1KN
2)计算模型
6根纵梁从左到右,编号为1-6,6根纵梁计算简图分别如下:
3)应力图
纵梁1、2、4、5应力图:
σ组=2.0MPa<145×1.3=188.5MPa;
纵梁3应力图:
σ组=46.3MPa<145×1.3=188.5MPa;
纵梁6应力图:
σ组=157.4MPa<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图
纵梁1、2、4、5变形图:
ωmax=0.21mm<1800/250=7.2mm;
纵梁3变形图:
ωmax=3.41mm<1800/250=7.2mm;
纵梁6变形图:
ωmax=16.22mm>3650/400=9.1mm;
5)反力
RA1=0.65KN,RB1=0.65KN
RA2=0.65KN,RB2=0.65KN
RA3=-91.1KN,RB3=-40.6KN
RA4=0.65KN,RB4=0.65KN
RA5=103.8KN,RB5=103.8KN
RA6=125.3KN,RB6=-32.6KN
5、承重架计算
承重架的横杆为2C16a,竖杆为2C22a,斜撑为φ160钢管,材料为Q345a
1)承重梁所受荷载
以较大的一组纵梁反力进行计算
RA1=0.65KN,RA2=0.65KN,RA3=-91.1KN,RA4=0.65KN,RA5=103.8KN,RA6=125.3KN。
2)计算模型
3)应力图
横杆σ组=128.8MPa<145×1.3=188.5MPa;
斜杆σ组=147.1MPa<145×1.3=188.5MPa;
斜撑σ组=114.5MPa<210×1.3=273MPa;
4)变形图
ωmax=3.61mm<2500/250=10.0mm;
5)反力图:
R1X=-214.3KN,R1y=-34.8KN,
R2X=214.3KN,R2y=178.1KN,
2、工况二
此工况包括导轨爬升、模板爬升,爬升装置,爬架所受荷载为7级风荷载、自重荷载和施工荷载。
1、上爬架计算
工况二中的上爬架的受力情况同工况一,反力与工况一相同。
Ra1’=-4.5KN,Rb1’=49.0KN
Ra2’=-1.4KN,Rb2’=46.4KN
2、下吊架计算
工况二中的下吊架的受力情况同工况一,反力与工况一相同。
Ra3’=17.7KN,Rb3’=-4.0KN
Ra4’=16.7KN,Rb4’=-2.4KN
3、模板支撑架计算
1)模板支撑架所受荷载
A、风荷载
爬升工况中,模板所受的风荷载由模板支撑架承担
长边模板宽度为5.5m,计一半宽度的风荷载由模板支撑架承担,
模板支撑架受风线荷载q=1.27KN/m2×2.75m=3.5KN/m
B、自重
2)计算模型
3)应力图:
σ组=22.5MPa<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图:
ωmax=0.6mm<3650/400=9.1mm;
5)反力图:
Ra5’=-13.6KN,Rb5’=18.8KN
4、承重架上纵梁计算
1)承重架上纵梁所受荷载
取两种风荷载的反力较大值,
Ra1’=-4.5KN,Rb1’=49.0KN
Ra3’=17.7KN,Rb3’=-4.0KN
Ra5’=-13.6KN,Rb5’=18.8KN
2)计算模型
6根纵梁从左到右,编号为1-6,6根纵梁计算简图分别如下:
3)应力图
纵梁1、2、4、5应力图:
σ组=2.0MPa<145×1.3=188.5MPa;
纵梁3应力图:
σ组=46.3MPa<145×1.3=188.5MPa;
纵梁6应力图:
σ组=157.4MPa<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图
纵梁1、2、4、5变形图:
ωmax=0.21mm<1800/250=7.2mm;
纵梁3变形图:
ωmax=3.41mm<1800/250=7.2mm;
纵梁6变形图:
ωmax=16.22mm<3650/400=9.1mm;
5)反力
RA1’=0.65KN,RB1’=0.65KN
RA2’=0.65KN,RB2’=0.65KN
RA3’=-24.5KN,RB3’=26KN
RA4’=0.65KN,RB4’=0.65KN
RA5’=19.5KN,RB5’=19.5KN
RA6’=125.3KN,RB6’=-32.6KN
5、承重架计算
承重架的横杆为2C16a,竖杆为2C22a,斜撑为φ160钢管,材料为Q345a
1)承重梁所受荷载
以较大的一组纵梁反力进行计算
RA1’=0.65KN,RA2’=0.65KN,
RA3’=-24.5KN,RA4’=0.65KN,
RA5’=19.5KN,RA6’=125.3KN。
2)计算模型
3)应力图
横杆σ组=76.3MPa<145×1.3=188.5MPa;
斜杆σ组=110.6MPa<145×1.3=188.5MPa;
斜撑σ组=74.5MPa<210×1.3=273MPa;
4)变形图
ωmax=3.11mm<2500/250=10.0mm;
5)反力图:
R1X’=-162.4KN,R1y’=-24.4KN,
R2X’=162.4KN,R2y’=150.0KN,
3、工况三
此工况此工况既不施工也不爬升,爬架所受荷载为9级风荷载和自重荷载
1)上爬架所受荷载
A、风荷载
风荷载分水平和垂直两个方向
以上爬架的宽度计,上爬架所受风线荷载q=1.36KN/m2×0.156m=0.22KN/m
B、施工荷载
本工况不计施工荷载
C、自重
2)计算模型
水平方向风荷载:
垂直方向风荷载:
3)应力图:
风荷载水平方向时σ组=13.7<145×1.3=188.5MPa;
风荷载垂直方向时σ组=9.0<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图:
风荷载水平方向时ωmax=0.99mm<5425/400=13.6mm;
风荷载垂直方向时ωmax=0.34mm<5425/400=13.6mm;
5)反力图:
Ra1’’=-3.8KN,Rb1’’=8.0KN
Ra2’’=-0.4KN,Rb2’’=5.2KN
2、下吊架计算
1)下吊架所受荷载
A、风荷载
风荷载分水平和垂直两个方向
以上爬架的宽度计,上爬架所受风线荷载q=1.36KN/m2×0.156m=0.22KN/m
B、施工荷载
本工况不计施工荷载
C、自重
2)计算模型
水平方向风荷载:
垂直方向风荷载:
3)应力图:
风荷载水平方向时σ组=6.7MPa<145×1.3=188.5MPa;
风荷载垂直方向时σ组=6.9MPa<145×1.3=188.5MPa;
4)变形图:
风荷载水平方向时ωmax=0.92mm<5425/400=13.6mm;
风荷载垂直方向时ωmax=0.91mm<5425/400=13.6mm;
5)反力图:
Ra3’’=5.0KN,Rb3’’=-0.5KN
Ra4’’=5.1KN,Rb4’’=-0.8KN
3、模板支撑架计算
此时模板用拉杆进行对拉固定,模板支撑架不考虑受力。
仅考虑自重,Ra5’’=Rb6’’=0.7KN
4、承重架上纵梁计算
1)承重架上纵梁所受荷载
取两种风荷载的反力较大值,
Ra1’’=-3.8KN,Rb1’’=8.0KN
Ra3’’=5.0KN,Rb3’’=-0.5KN
Ra5’’=Rb5’’=0.7KN
2)计算模型
6根纵梁从左到右,编号为1-6,6根纵梁计算简图分别如下:
纵梁1、2、4、5应力图:
纵梁3应力图:
纵梁6应力图:
RA1’’=0.65KN,RB1’’=0.65KN
RA2’’=0.65KN,RB2’’=0.65KN
RA3’’=-7.7KN,RB3’’=14.1KN
RA4’’=0.65KN,RB4’’=0.65KN
RA5’’=1.35KN,RB5’’=1.35KN
RA6’’=21.7KN,RB6’’=-4.0KN
5、承重架计算
承重架的横杆为2C16a,竖杆为2C22a,斜撑为φ160钢管,材料为Q345a
1)承重梁所受荷载
以较大的一组纵梁反力进行计算
RA1’’=0.65KN,RA2’’=0.65KN,RA3’’=-7.7KN,RA4’’=0.65KN,RA5’’=1.35KN,RA6’’=21.7KN。
2)计算模型
3)应力图
横杆σ组=12.4MPa<145×1.3=188.5MPa;
斜杆σ组=17.9MPa<145×1.3=188.5MPa;
斜撑σ组=8.9MPa<210×1.3=273MPa;
4)变形图
ωmax=0.53mm<2500/250=10.0mm;
5)反力图:
R1X’’=-26.2KN,R1y’’=-2.4KN,
R2X’’=26.2KN,R2y’’=23.1KN,
6、锚锥计算
由前面计算结果可知,预埋锚板处向外最大拉力为214.3KN,向下最大剪力为178.1KN,每个锚板上由两个预埋锚锥承担荷载,取不平衡系数K=1.3,则单个预埋锚锥向外最大拉力为139.3KN,向下最大剪力为115.8KN。
1)六角法兰面螺栓
材料:
35CrMO,强度10.9级,[τ]=336MPa,与锚锥相接,承受剪力
τ=N/A=115.8×103/5.31×10-4=218.1MPa,满足要求。
2)锚锥
材料:
35CrMO,调质HB=246-281,[σ]=560MPa,[τ]=336MPa
一端与六角法兰面螺栓连接的螺纹计算:
σ=(6×F×l)/(π×d×b2×z)=119.9MPa,满足要求。
τ=F/(π×d×b×z)=70.8MPa,满足要求。
3)一端与φ25精轧螺纹钢筋连接的螺纹计算
σ=(6×F×l)/(π×d×b2×z)=153.0MPa,满足要求。
τ=F/(π×d×b×z)=47.6MPa,满足要求。
4)φ25精轧螺纹钢筋
φ25精轧螺纹钢筋[σ]=780MPa,钢筋预埋在砼内,承受拉力
σ=N/A=139.3×103/4.91×10-4=283.7MPa,满足要求。
五、爬架系统计算结果分析
通过以上的计算,整个爬模系统在各种工况下,应力及应变,能满足使用要求。
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