墩柱模板计算书-midas civil

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墩柱模板计算书

一、 计算依据

1、《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005) 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》(TB10002.2-2005) 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1.2； 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、 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。

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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：

72?72?2Pmax???40kPa??1.62?1.6

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=0.22γt0K1K2V1/2

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1.2；

K2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50～90mm时，取1；110～150mm时，取1.15。

Pmax=0.22γt0K1K2V1/2=0.22×25×8×1.2×1.15×21/2=85.87 kN/m2 h= Pmax/γ=87.87/25=3.43m

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

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设计计算的依据。

2、风荷载计算

风荷载强度按下式计算： W=K1K2K3W0

W------风荷载强度(Pa)；

12W?W0------基本风压值(Pa)， 0 1.6 V ，8级风风速v=17.2～20.7m/s；

K1------风载体形系数，取K1=0.8； K2------风压高度变化系数，取K2=1； K3------地形、地理条件系数，取K3=1；

W0?121V??20.72?267.8Pa1.61.6W=K1K2K3W0=0.8×267.8=214.2Pa

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。 四、 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） 五、 计算模型及结果

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：

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表1 模板杆件规格

杆件 面板 法兰 拉筋 竖肋 横肋 大背楞 型号 6mm厚钢板 14mm厚钢板 直径25mm精扎螺纹钢 10号槽钢 10mm厚钢板 25号双拼槽钢 材质 Q235 Q235 Q235 Q235 Q235 1、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

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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

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

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。

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图6 面板应力图

?max?24MPa

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

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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

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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

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

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?max?89MPa

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

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。

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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

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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

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

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?max?112MPa

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

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

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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

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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

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。

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。

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图27 面板应力图

?max?46MPa

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。

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图29 拉杆应力图

六、 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。

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图29 拉杆应力图

六、 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。

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