液压自动化爬升模板系统结构设计复核计算书 - 图文

液压自动化爬升模板系统

结构设计复核计算报告

东南大学土木工程学院

二〇〇八年七月

江苏省江都市中润模板厂·液压自动化爬升模板系统结构设计复核计算报告 东南大学

目 录

1 概述 ............................................................ 1 1.1自爬模组成 .................................................... 1 1.2液压自爬模系统的工作步骤及原理 ................................ 3 1.3液压自爬模的特点 .............................................. 6 1.4结构计算复核的主要内容 ........................................ 8 2 液压自爬升模板系统架体结构计算的相关参数 ........................ 9 2.1液压自爬升模板系统基本参数 .................................... 9 2.2液压自爬升模板系统关键计算参数 ................................ 9 3 计算模式一：直爬的理论解析计算 ................. 错误！未定义书签。 3.1 荷载参数及计算 ............................................... 10 3.1.1 恒载计算 ................................................. 11 3.1.2活载计算.................................................. 12 3.1.3风荷载计算................................................ 13 3.2 爬模支架计算简图 ............................................. 14 3. 5爬升模板系统局部构件的验算 .................................. 16 3.5.1单个埋件的抗拔力计算...................................... 16 3.5.2 锚板处砼的局部受压抗压力计算 ............................. 17 3.5.3受力螺栓扭矩计算.......................................... 18 3.5.4 受力螺栓的抗剪力和抗拉力的计算 ........................... 19 3.5.5 爬锥处砼的局部受压抗剪力计算 ............. 错误！未定义书签。 3.5.6 导轨梯档的抗剪力计算 ..................................... 20 3.5.7承重楔的抗剪力计算........................................ 21 4 计算模式二：斜爬的空间有限元仿真分析 ........................... 22 4.1 模型建立.................................................... 22 4.1.1单元选取.................................................. 24 4.1.2边界条件.................................................. 25 4.1.3材料属性.................................................. 26 4.2计算工况 ..................................................... 26 4.3 计算结果.................................................... 28 4.3.1工况1计算结果............................................ 29 4.3.2工况2计算结果............................................ 32 4.3.3工况3计算结果............................................ 37

I

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4.4 小结........................................................ 42 5复核计算初步结论 ................................................ 42 项目基本信息 ..................................................... 43

II

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1 概述

液压自爬模是现浇竖向钢筋混凝土结构的一项先进施工工艺，它是在建筑物或构筑物的基础上，按照平面图，沿结构周边一次性装设好模板，随着模板内逐层浇筑混凝土和绑扎钢筋，逐层提升模板来完成整个建（构）筑物的浇筑和成型。

液压自爬模已经在桥梁、高层建筑等等方面得到了广泛的应用。在当前的桥梁建设中，液压自爬模有着举足轻重的作用，特别是高度在100米以上的墩柱和桥塔中，有更加广泛的应用。

在润扬长江大桥、苏通长江大桥、舟山跨海大桥等这样的世界级桥梁中，均采用了液压自爬模的工艺，实践证明该工艺是成熟的。

图1-1 液压自动爬模系统在桥塔施工中的应用

1.1自爬模组成

液压自动化爬模系统的组成如图1-2所示，其基本组成可以分为上平台、中平台和下平台三个部分。

主要部件有：主梁，立杆，可调斜撑，中平台，下平台，上平台架体，液

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压顶升装置等。自爬模的顶升运动通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现。导轨和爬模架互不关联，二者之间可进行相对运动。当爬模架工作时，导轨和爬模架都支撑在埋件支座上，两者之间无相对运动。退模后立即在退模留下的爬锥上安装受力螺栓、挂座体、及埋件支座，调整上下轭棘爪方向来顶升导轨，待导轨顶升到位，就位于该埋件支座上后，操作人员立即转到下平台拆除导轨提升后露出的位于下平台处的埋件支座、爬锥等。在解除爬模架上所有拉结之后就可以开始顶升爬模架，这时候导轨保持不动，调整上下棘爪方向后启动油缸，爬模架就相对于导轨运动，通过导轨和爬模架这种交替附墙，互为提升对方，爬模架即可沿着墙体上预留爬锥逐层提升。

40厚平台铺板上平台底梁[12或50X100方钢上平台内立杆][14A上平台上横梁 方钢80X120上平台外立杆][14A后移背楞][14A架体配置上平台调节支撑 ?89X4上平台底梁[12或50X100方钢上平台中横梁 方钢80X120上平台调节支撑 ?89X4上平台底梁][16A主平台底梁H200X200X8X12三角架底梁][18A导轨][22A主平台调节支撑 ?165X5中平台立杆 方钢80X120中平台底梁[12或50X100方钢中平台中横梁 方钢80X120导轨][22A中平台立杆 方钢80X120下平台底梁[12或50X100方钢下平台中横梁 方钢80X120 图1-2 液压自动爬模系统的组成

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1.2液压自爬模系统的工作步骤及原理

液压自爬模系统的工作步骤如图1-3～图1-11。

图1-3 合模，浇筑第一节起步段砼

图1-4浇筑第二层砼，以满足安装高度

图1-5 进行架体一平台部分的安装

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图1-6 安装各层平台的围护结构

图1-7连接模板与上平台架体连接，退出模板，安装好液压系统

图1-8 安装顶层附墙支座，插导轨，铺各层平台木板，挂安全网

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图1-9 向上进行爬升一层

图1-10 安装吊平台，拉好吊平台安全网。

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图1-11 向上进行正常施工与爬升

1.3液压自爬模的特点

根据液压自爬模系统的工作原理可见，其特点如下：

? 液压爬模可整体爬升，也可单榀爬升，爬升稳定性好。液压爬升过程平

稳、同步、安全。采用液压同步自爬模体系爬升速度快，可以提高工程施工速度（平均四天一层），最快的可达到2.5天。 ? 操作方便，安全性高，可节省大量工时和材料。

? 除了因为建筑结构的要求（如墙面突然缩进或形状突变）需要对模板及

架体改造之外，一般情况下爬模架一次组装后，一直到顶不落地，节省

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了施工场地，而且减少了模板（特别是面板）的碰伤损毁。 ? 木模板体系可适应结构变化，简化现场操作的困难程度。

? 提供全方位的操作平台，施工单位不必为重新搭设操作平台而浪费材料

和劳动力。

? 结构施工误差小，纠偏简单，施工误差可逐层消除。

? 液压自爬模体系的模板安放在模板支架操作主平台上，而且在平台上有

大于500mm的操作空间供模板前后移动脱模和合模，同时可以进行模板表面清理、涂刷脱模剂等工作。

? 液压同步自爬模的液压系统布置在主平台主梁下，通过液压油缸传动，

利用导轨做依托将整个模板操作架进行整体提升，也可以爬模架为依托将导轨顶升到上一个锚固位置。

? 液压同步自爬模体系承载能力大(每个机位的顶升力为10KN)，根据要

求的恒载、活载、液压油缸参数进行承载三角架等设计，安全性、稳定性得到保证。液压同步自爬模体系实现了真正意义上的自爬和同步，自爬时爬模主平台，上下平台、模板等，通过与主平台主梁相连的液压油缸提升装置提升操作架，而且提升过程中任一时刻速度相同，行程相同，其最大不同步差不大于20mm。

? 液压同步自爬模采用的是全液压自爬体系，模板安装到平台上之后，就

不再需要塔吊吊装。既不占用施工场地，又不占用垂直运输设备，这种自爬体系除了大大降低塔吊的使用负荷，模板也减少了磕碰损毁的可能。在狭小的场地上进行高层建筑芯筒施工更显其优势。

? 液压同步自爬模可整体爬升，也可单榀或几榀爬升；不仅可以外墙爬升，

也可以内墙独立爬升，可以方便的配合施工。

? 爬升稳定性好，操作方便，安全性高。本身已有可靠的安全围护，机构

和零件设计时留有足够的安全储备，关系安全的关键零件配备双套机构，液压顶升油缸配备双向液压安全锁，使施工更安全可靠。 ? 液压同步自爬模爬升体系提供全方位的操作平台和物料平台，一次性搭

设，施工中不需要重新搭设平台而耗费时间、材料和劳动力。模板退出后有足够的清理空间，配用进口芬兰覆膜维萨板，混凝土表面观感质量

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好、能够达到清水砼的要求。

? 模板垂直度、水平度易于调整控制，并且避免了施工误差的积累，因而

构筑物的垂直度等得到有力的保障。

? 液压同步自爬模系统在一般情况下只做向上顶升的动作(顶升导轨，抑

亦顶升爬模架)在特殊情况下也可做下降爬模架的动作，比如在热带风暴(台风)来临之 前就可以将爬模架降下来，背靠混凝土墙面，系好防风缆绳。因而广泛应用于民建钢结构核心筒，桥梁的主塔和桥墩等高耸构造物，特别在施工场地狭窄的场合更显其优越性。

1.4结构计算复核的主要内容

本计算复核报告的主要内容包括以下七点内容：

（1）计算混凝土按照1000：4500倾斜角度倾斜后，混凝土的自重作用在架体上，架体各部件的强度、刚度，预埋件的强度是否足够；

（2）主平台架稳定性验算； （3）主三角架稳定性验算； （4）主纵梁变形计算；

（5）架体在风载下的抗风稳定性验算； （6）模板受力计算（不考虑混凝土初凝）；

（7）对于计算结果不满足规范要求的杆件提出优化建议。

本次计算采用有限元方法计算模式。有限元计算方法计算模式按照1000：4500倾斜角斜爬，面宽10米，分层高度4.5米，进行空间计算。

编制计算书遵守的规范和规程：

《建筑结构荷载规范》 （GB 50009-2001） 《钢结构设计规范》 （GBJ 17-88） 《混凝土结构设计规范》 （GB 50010-2002） 《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2002） 《建筑施工计算手册》 江正荣 编著 《钢结构工程施工质量验收规范》 （GB 50205-2001）

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《公路桥涵设计通用规范》（JTG D06-2004）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004 《钢结构用高强度大六角头螺栓》 （GB T 1228-2006）

2 液压自爬升模板系统架体结构计算的相关参数 2.1液压自爬升模板系统基本参数

（1）架体系统：

架体支承跨度： ≤6米（相邻埋件点之间水平距离）； 外架体高度： 约13.5米；

外架体宽度： 主平台2.70m，上平台1.20米、中、下平台1.20米；

（2）液压升降系统

额定工作压力： 25MPa； 油缸行程： 400mm；

伸出速度： 外墙油缸380mm/min； (依配用的控制台型号和顶

升油缸的数量的多少其值略有所差别)

顶升油缸额定推力： 100kN； 串联双油缸不同步差: ≤20mm.

（3）爬升机构

爬升机构有自动导向、液压升降、自动复位的锁定机构，能实现架体与导轨互爬的功能。

2.2液压自爬升模板系统关键计算参数

（1）塔肢内外墙液压自爬模各操作平台的设计施工荷载为:

模板，浇筑，钢筋绑扎工作平台最大允许承载 3kN/m2 爬升装置工作平台最大允许承载 1.5kN/m2 模板后移及倾斜操作主平台最大允许承载 1.5kN/m2 电梯人口平台最大允许承载 1.0kN/m2 系统工作平台总体额定承载能力(按顶层计) 3.0kN/m2

(注:筒内墙各爬升机位外侧空间用木工字梁搭设的平台不能作为物料

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平台使用，只是操作人员的操作空间。)

（2）剪力设计值为：FV=80kN; 拉力设计值为：F=100kN;

（3）爬模整体提升，同一榀爬架提升机位间同步差控制在20mm以内。 （4）爬模的每根液压缸的推力为100kN (即10t)。 （5）自爬模爬升时，结构砼抗压强度不低于15MPa。

3.1 SAP2000计算基本数据的确定

核算部位的确定：按塔肢倾斜形状，塔身内侧爬模工作状态最为恶劣，如塔身内侧爬模满足要求，其它面的爬模肯定满足要求，故只需计算内侧爬模是否满足要求：按浇筑施工程序，标准层浇筑高度4500mm， 要求相应削减因倾斜向上而收缩的模板宽度，最大的一块模板为10000mm，高度为4800mm。取最大面积为10x4800=48平方米的模板来进行验算。这块模板重量最大，若它满足设计要求，其它就都能满足要求。以下按三个机位一起顶升这块大模板来验算其支撑能力。为确保液压爬模架体的受力状态充分满足本工程的需要，塔肢的倾斜度按照1000：4500的斜度计算。该计算结果如能通过复核，在实际施工中液压爬模安全系数将大幅提高。

图3-1顺桥向内侧面爬模架体简图

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3.1.1 恒载计算

外爬架的横载包括脚手板自重、模板自重、外架自重。

a.脚手板自重W1：

由图纸可知脚手板共分五层，上层1-2层长12米，宽1.6米，面积为：A=12×1.6=19.2m2

主平台宽度长12米，宽2.7米, 面积为：A=12×2.7=32.4m2 -1层平台宽度长12米，宽2.2米, 面积为：A=12×2.2=26.4m2 -2层平台宽度长12米，宽1.5米, 面积为：A=12×1.5=18m2 所以整个单面架子脚手板总平方数： A1= 19.2+19.2+32.4+26.4+18=115.2平方 查木材比重

(含水率15%)为0.4-0.75吨/立方,取平均值为0.57吨/立方 木板选用厚度为4CM的板材

木板总重量为115.2×0.04×0.57=2.63吨=25.77KN

W1=分摊到每个机位的木板重量为25.77KN/3=8.59KN

b.模板的自重W2：

模板标准重量为：72kg/m2 ，面积A=48 m2

(每平方模板含几形钢梁四根共计25.6KG，[14a背楞两根共计29.07KG，WISA面板14.81KG，小配件计2.5KG，以上合计72KG/ m2)

所以单个机位承重: W2=(72×48/3)x9.8=11.29(kN)

c.外架自重W3：

由图纸可查得每个机位爬模架自重(不含导轨和埋件支座及埋件总成) 18KN，机位间联系机构(栏杆，剪刀撑，跳板支承等)19.71kN(

见下表)，所以：W3=18+19.71/3 =24.57(kN)

每个机位的永久荷载总重：W=( W1+ W2+ W3) ×1.2

=44.45×1.2= 53.34(kN)

式中1.2为荷载分项系数

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横桥向联系结构重量统计表

名称 上平台护栏 中平台护栏 下平台护栏 上平台剪刀撑 中平台剪刀撑 跳板支撑 合计 3.1.2活载计算

施工期间，主要使用的平台为钢筋绑扎工作平台，该平台要承受钢筋的临时荷载及施工人员有活载。主要施工层为两层:浇筑、钢筋绑扎工作平台(面积：12×1.6)最大承载3KN/m2，模板后移及倾斜操作主平台(面积：12×2.7)最大承载1.5kN/m2。

工况一：在非工作状态下使用工况下(钢筋施工阶段)，顶层平台承受临时施工荷载，其它平台均无施工荷载，施工荷载计算如下：

浇筑、钢筋绑扎工作平台：K1=3×12×1.6×1.4=80.64(kN) 式中1.4为荷载分项系数

上平台架体横桥向面共四榀，每榀有2个节点与上平台联接。 因此K1节点=80.64/8=10.08KN

工况二：新浇筑砼完成后的静置养生期间，模板承受砼侧压力，架体各层平台均无施工荷载载作用。

工况三：模板后移，架体处于爬升状态。主平台承受受施工荷载。在升降工况下，施工荷载按1.5 kN/m2计算

模板后移及倾斜操作主平台施工荷载：K2=1.5×12×2.7×1.4=68.04(kN) 式中1.4为荷载分项系数

主平台下的下架体横桥向共三榀，三道底梁，共可视为九个节点。每个节点受力为K2节点=68.04kN/9=7.56KN

材料 υ48×3.5 υ48×3.5 υ48×3.5 υ48×3.5 υ48×3.5 [12 长度 12米 12米 12米 6米 3.2米 12米 数量 6根 4根 4根 4根 8根 8根 重量 276KG 184KG 184KG 92KG 98.3KG 1157KG 2011KG=19.71KN - 12 -

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3.1.3风荷载计算

风载计算可以按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D06-2004）：

Fwh=K0K1K3 Wd Awh Wd=γV2d/2g W0=γV210/2g Vd=K2K5V10

γ=0.012017e-0.0001z

式中， Fwh————横桥向风荷载标准值；

W0------基本风压（KN/ m2）按100年重现期泰州地区取0.45 KN/ m2 Wd------设计基本风压（KN/ m2）

Awh---------横向迎风面积（m2）（上架体宽度12米,密目网封闭计算高度6米,上架体迎风总面积72平方米）

V10----------桥梁所在地区设计基本风速，按100年重现期泰州地区取27.1 m/s Vd-------高度180米处的设计基准风速 γ--------空气重力密度（KN/ m2） γ=0.012017×e-0.0001×180=0.01153（KN/ m2）

K0--------设计风速重现期换算系数,施工期间取K0=0.75 K3--------地形、地理条件系数,一般地区取K3=1.0 K5--------阵风风速系数,对于A,B类地表取K5=1.38

K2--------考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，查《公路桥涵设计通用规范》（JTG D06-2004）附录A，高度取200米，B类地表，K2=1.62 K1--------风载阻力系数，查《公路桥涵设计通用规范》（JTG D06-2004）表4.3.7-6 断面形状t/b表中取2/3（实际为0.6）,桥塔高宽比取20(实际为18)，对应的K1=2.0

g----------重力加速度g=9.81m/s2

设计基本风压Wd=γV2d/2g=0.01153×60.58×60.58/2×9.8=2.15 KN/ m2 基本风压W0=γV210/2g=0.01153=0.01153×27.1×27.1/2×9.8=0.43 KN/ m2 高度180米处的设计基准风速Vd=K2K5V10

1.38×27.1=60.58 m/s =1.62×

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上架体承受风载标准值Fwh上=K0K1K3 Wd Awh

2.0×1.0×2.15×72=232.2KN =0.75×

横桥向面上架体共4榀，每榀上围护钢管连接节点共6个。 上架体部分分配到每个节点上的风载为F上节点=232.2/24=9.67KN 下架体部分高度6.4米,宽度12米，总面积76.8平方. 下架体承受风载标准值Fwh下=K0K1K3 Wd Awh

2.0×1.0×2.15×76.8=247.68KN =0.75×

横桥向面下架体共3榀，每榀上围护钢管连接节点共8个。 下架体部分分配到每个节点上的风载为F下节点=247.68/24=10.32KN

3.2 爬模支架计算简图

在工况一状态下风载及施工荷载在架体上的分配简图如下（为表达直观，加载图绘制为垂直状态）：

10.08KN10.08KN

图3-1钢筋施工阶段计算简图

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在工况三状态下风载及施工荷载在架体上的分配简图如下：

7.56KN7.56KN7.56KN

图3-2 爬升阶段计算简图

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上架体平台 下架体平台

图3-3 自重分布计算简图

3. 5爬升模板系统局部构件的验算

3.5.1单个埋件的抗拔力计算 根据《建筑施工计算手册》,按锚板锚固锥体破坏计算 埋件的锚固强度如下: 假定埋件到基础边缘有足够的距离，锚板螺栓在轴向力F作用下，螺栓及其周围的混凝土以圆锥台形从基础中拔出破坏（见右图）。分析可知,沿破裂面作用有切向应力τs和法向应力δs,由力系平衡条件可得： F=A(τs sinα+δs cosα) 由试验得：当b/h在0.19～1.9时，α=45°， δF=0.0203 fc, 代入式中得： F=(2×0.0203/sin45°)×√π·fc [(√π/2)·h2ctg45°+bh] - 16 - 江苏省江都市中润模板厂·液压自动化爬升模板系统结构设计复核计算报告 东南大学

=0.1 fc (0.9h2+bh)

式中 fc—————混凝土抗压强度设计值（15N/mm2）;

h—————破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（400mm）; b—————锚板长度（80mm）. 所以F=0.1 fc (0.9h2+bh)

=0.1×15(0.9×3102+80×400) =177.73(KN)

埋件的抗拔力为F=177.73KN,两个埋件的抗拔力：2×F=355.46KN 3.5.2 锚板处砼的局部受压抗压力计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》局部受压承载力计算： 局部承压构件计算公式：

γ0Fld≤1.3ηSβfcdAln β=√Ab/AL

γ0-------桥梁结构重要性系

Ab=AL数，特大桥、重要桥梁取 1.1

Fld--------局部受压面积上的局

部压力设计值Fld=100KN

ηS—混凝土局部受压时的修正系数，砼强度为C50以下

强度时取1.0

fcd —混凝土轴心抗压强度设计值，查《公路钢筋混凝土

及预应力混凝土桥涵设计规范》P10页砼强度为C50 强度时取22.4Mpa

Aln —混凝土局部受压面积 3.14x40x40=5024 mm2 β—混凝土局部受压时的强度提高系数 Ab—局部受压计算底面积；（mm2）5024 mm2

AL —不扣除孔洞的混凝土局部受压面积；（mm2）,锚板

使用中无孔洞,故AL= Ab=5024 mm2 γ0Fld=1.1×100=110KN

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β=√Ab/AL=1

1.3ηSβfcdAln=1.3×1.0×1.0×22.4

×5024=146298N=146.3KN>γ0Fld= 100kN 故满足要求

3.5.3受力螺栓扭矩计算

高强螺栓须分两次（即初拧和终拧）进行拧紧，对于大型节点应分初拧、复拧和终拧三次进行。复拧扭矩应等于初拧扭矩。对于高强度大六角头螺栓尚应在终拧后进行扭矩值检查。

根据《建筑施工计算手册》扭矩值可按下式计算： ⑴.初拧扭矩值计算：

TO=0.065PCd 其中 PC=P+△P 式中， TO 高强螺栓的初拧扭矩（N·mm）；

PC 高强螺栓施工拉力（kN）；PC= P+△P=110KN d 高强螺栓公称直径（mm）；d=42mm P 高强螺栓拉力设计值（kN）；P=100KN

△P 预拉力损失值，一般取拉力设计值的10%；△P=10KN TO=0.065×110×42=300.3(kN)·mm ⑵．终拧扭矩值计算： TC=K PCd

式中：K 高强螺栓连接副的扭矩系数平均值，一般取0.13； TC 高强螺栓的终拧扭矩（N·mm）； 其它符号意义同前。

TC=0.13×110×42=600.6(kN)·mm ⑶．检查扭矩值计算：

高强度大六角头螺栓扭矩检查应在终拧1h后，24h以内完成。扭矩检查时，应将螺母退回30o～50o，再拧到原位测定扭矩，该扭矩与检查扭矩的偏差应在检查扭矩的±10%以内，检查扭矩应按下式计算： Tch=KPd

式中，Tch 高强螺栓的检查扭矩（N·mm）； 其它符号意义同前。

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Tch=KPd=0.13×100×42=546(kN)·mm 3.5.4 受力螺栓的抗剪力和抗拉力的计算

材料：35VB或40Cr号钢 强度等级10.9S 直径M42 受力螺栓的抗压、抗拉、抗弯强度查表可知：抗拉强度极限f=1000N/mm2，屈服强度f=900N/mm2，最大剪应力许用值=540 N/mm2（最大剪应力许用值：该数据在高强度螺栓部分上查不到，按一般机械性能指标抗剪为抗拉的0.6-0.7倍取值0.6）

根据<<钢结构用高强度大六角头螺栓>>GB1228-91的规定的性能等级,

附墙挂座板FM

每个螺栓的受拉承载力设计值按下式计算 Nbt≤ψAeff fbt

Nbt —高强度螺栓拉力设计值

ψ—高强度螺栓直径对承载力的影响系数，当螺栓直径小于

30MM时，取1.0，当螺栓直径大于30MM时，取0.93，

Aeff—高强度螺栓有效截面面积，M42螺栓有效面效=1211 mm2

螺栓有效直径=39.28 mm

fbt—高强度螺栓热处理后的抗拉强度设计值，按规范规定取

430MPA

ψAeff fbt=0.93×1211×430=484278N=484.28KN≥Nbt=100KN

设计剪力为：FV=80KN; 设计拉力为：F=100kN; 受力螺栓的荷载点距墙表面为:L=25mm;

（1） 抗剪验算

τ=FV /A=80×103/1211=66.06 N/mm2< fV=540 N/mm2，故满足要求。

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（2）抗拉验算

σ=F/A=100×103/1211=82.58 N/mm2< f=900 N/mm2，故满足要求。 （3）拉弯验算

弯矩作用在主平面，螺栓承受静力荷载或间接承受动力荷载，按下式计算：

F/A+MX/?XW≤[f]

式中，MX——最大弯矩，MX=FV·L=80×103×25=2(kN·m)

?X——截面塑性发展系数，查表可知：?X=1.2

W——按受压确定的抵抗矩，W=πd3/32=3.14×39.283/32=5946mm3 F/A=100×103/1211=82.58 N/mm2

MX/?XW=2 kN·m/1.2×5946 mm3=280.3 N/mm2

故， F/A+MX/?XW=82.58 N/mm2+280.3 N/mm2=362.88 N/mm2

< [f]=900 N/mm2 受力螺栓满足要求。 3.5.6 导轨梯档的抗剪力计算

根据图纸，梯档高度80 mm，四面均要求焊接，焊高为8mm，梯档仅承受剪应力，因此只需对焊缝处剪应力进行校核即可 因此单个梯档的焊缝长度为4X80 mm=320mm

根据《钢结构设计规范》GB 50017—2003--7.1.3 直角角焊缝的强度计算 侧面角焊缝(作用力平行于焊缝长度方向): ιf=N/(helw)≤ffw (7.1.3-2)

式中N——角焊缝处的受力设计值,设计顶升力为100KN

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σf——按焊缝有效截面（helw）计算，垂直于焊缝长度方向的应力; τf——按焊缝有效载面计算，沿焊缝长度方向的剪应力;

he——角焊缝的计算厚度,对直角角焊缝等于0.7hf,hf为焊脚尺寸8 mm (图7.1.3选取（a）类); he=0.7hf=0.7×8=5.8 mm

lw——角焊缝的计算长度，对每条焊缝取其实际长度减去2hf; lw=(80-2×8) ×4=256 mm

ffw——角焊缝的强度设计值: 材料Q235钢的焊缝抗剪强度为125N/mm2 βf——正面角焊缝的强度设计值增大系数:对承受静力荷载和间接承受动力荷载的结构,β1=1.22;对直接承受动力荷载的结构,β1=1.0。

ιf=N/(helw)=100000N/5.8 mm×256 mm=67.35 N/mm2≤ffw= 125N/mm2 故满足要求。

3.5.7承重楔的抗剪力计算

根据图纸可知承重楔为直径40mm，材料为45#钢，调质处理 承重楔的断面尺寸为：A=3.14×20×20=1256 mm2 由规范可查材料45#钢的抗拉强度值为σb≥600N/mm2， 抗拉屈服强度值为σs≥355N/mm2，

所以抗剪强度设计值为：fV =σs×0.6=213( N/mm2) （注：按一般机械性能指标抗剪为抗拉的0.6-0.7倍取偏于安全值0.6）

因为抗剪面为两个，所以承重楔的承载力为：

FV=2×1256×213=535(kN) ＞100kN(按前面3.1.1恒载计算值为53.54KN，活载组合最大80.64/3=26.88，合计为80.42KN<100kN，偏于安全)

故承重楔满足设计要求。

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4 计算模式二：斜爬的空间有限元仿真分析

4.1 模型建立

运用SAP2000有限元分析软件对液压自动化爬升模板系统进行仿真分析。

对模板系统进行整体建模，图4-1为模型整体视图。模型按照桥塔倾斜1：4.5建立，即围成桥塔的四个模板面分别为一个仰卧、一个俯卧、两个竖直。其中以仰卧的模板面为主要的分析对象，该部分平台架体、后移装置的侧视图见图4-2、图4-3。

图4-1 有限元计算模型

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图4-2 平台架体侧视图

图4-3 后移装置侧视图

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4.1.1单元选取

杆件类型为frame，截面按照计算条件提供的图纸进行定义。模板部分建立

虚面，方便荷载的传递。平台架体和后移装置的三维视图见图4-4、图4-5。

图4-4 平台架体三维视图

图4-5 后移装置三维视图

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4.1.2边界条件

杆件之间的连接按照实际考虑，对杆件铰接处释放相应的节点约束。平台

架体及后移装置的节点约束释放情况见图4-6、图4-7。每榀架体使用双埋件和已经浇筑好的桥塔进行连接。建模时在约束住相应节点的所有自由度。支座约束情况见图4-8。

图4-6 平台架体杆件节点约束释放情况

图4-7 后移装置杆件节点约束释放情况

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江苏省江都市中润模板厂·液压自动化爬升模板系统结构设计复核计算报告 东南大学 图4-8 支座约束 4.1.3材料属性 导轨材料为Q345钢材，架体材料为Q235钢，密度7.8×103kN/m3，弹性模量2.1×105N/mm2，抗拉屈服强度215N/mm2。

4.2计算工况

本次仿真分析计算共考虑三种工况，分别为：

工况1：非工作状态（即准备浇筑混凝土的状态，爬架承受施工临时荷载和

风荷载）。该工况的计算模型见图4-9。

图4-9 工况1计算模型

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工况2：混凝土浇筑状态（即浇筑混凝土的状态）。该工况的计算模型见图

4-10。

图4-10 工况2计算模型

工况3：爬模系统爬升状态（即模架爬升的状态）。该工况的计算模型见图

4-11。

图4-11 工况3计算模型

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4.3 计算结果

计算混凝土按照1000：4500倾斜角度倾斜后，混凝土的自重作用在架体上，

架体各部件的强度、刚度，预埋件的强度是否足够。

1) 构件名称

各主要构件的名称见图4-12。

图4-12 主要构件

2) 杆件强度

SAP2000引入“应力比”这个概念对杆件的强度、稳定性等指标进行评价。

应力比是指杆件截面实际应力与材料屈服强度的比值。通过显示应力比即可以知道杆件的应力大小。同时，SAP2000也可以通过应力比图显示所有失效的杆件。应力比图中颜色所对应的应力比见图4-13。

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图4-13 SAP2000应力比色谱

4.3.1工况1计算结果

该工况下施加荷载情况如图4-14。结构变形见图4-15。整体结构应力比见

图4-16，平台架体应力比见图4-17。

图4-14 施加荷载图（单位:kN）

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图4-15 结构变形图

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图4-16 结构应力比图

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图4-17 平台架体应力比图

各部件计算结果汇总如下表

表4-1 工况1下结构计算结果

部位 上平台横梁 三角架横梁 中平台横梁 下平台横梁 主纵梁 竖杆 三角架立杆 斜撑 最大正应力（MPa） 最小正应力（MPa） 33.7 61.7 34.9 25.1 81.3 -19.7 7.1 -6.2 -34.2 -58.1 -32.6 -22.8 -77.4 -20.5 -4.6 -6.2 变形（mm） 2.4 4.9 2.5 2.0 5.0 / / /

支座反力分别为：

上支座：Fx=64.94kN，Fy=32.23kN 下支座：Fx=29.73kN，Fy=24.82kN

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4.3.2工况2计算结果 （1）有限元计算结果

该工况下的混凝土施加在建立的虚面上，其他荷载施加情况见图4-18。由于模板和后移装置相连，所以在该工况下需考虑后移装置的受力和变形情况。平台架体变形见图4-19，后移装置变形见图4-20。整体结构应力比见图4-21，平台架体应力比见图4-22，后移装置应力比见图4-23。

（a） 湿混凝土重力作用（单位:kN/m） （b）风荷载和施工荷载（单位:kN）

图4-18 施加荷载图

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图4-19 平台架体变形图

图4-20 后移装置变形图

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图4-21 整体结构应力比图

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图4-22 平台架体应力比图

图4-23 后移装置应力比图

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各部件计算结果汇总如下表：

表4-2工况2下结构计算结果

部位 上平台横梁 三角架横梁 中平台横梁 下平台横梁 主纵梁 竖杆 三角架竖杆 斜撑 最大正应力（MPa） 最小正应力（Mpa） 28.2 98.5 38.7 22.7 105.7 -21.7 11.4 -133.8 -48.9 -92.1 -35.2 -22.4 -87.9 -30.3 -10.2 -133.8 变形（mm） 2.8 5.4 3.1 2.4 5.4 / / /

支座反力分别为：

上支座：Fx=21.4kN，Fy=117.5kN 下支座：Fx=9.5kN，Fy=87.8kN

（2） 基于有限元计算结果的主纵梁与上架体连接螺栓强度校核: 一、基本参数

螺栓选用普通螺栓，C级，M20 受剪面数目为1个

由 GB 50017--2003 第67页 3.4.1 得： 单个螺栓受剪承载力 Nvb = 40.8407 KN 单个螺栓受压承载力 Ncb = 61 KN 由 GB 50017--2003 第78页 7.2.4 得： 螺栓承载力折剪系数为 0.7

折剪后单个螺栓受剪承载力 Nvb = 28.5885 KN 折剪后单个螺栓受压承载力 Ncb = 42.7 KN

螺栓群受力:螺栓群主要承受上架体传递来的风载，按上架体全部风载值 Fwh上= 232 KN，上架体形心中心位于主平台以上的3米上架体处，故： N = 0 KN V = 232 KN M = 696 KN.M

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二、螺栓群形心计算

螺栓个数 BoltNum = 36 排列方式： 对齐排列

螺栓位置：

( 0, 0) ( 200, 0) (3200, 0) (3400, 0) (6400, 0) (6600, 0) ( 0, 200) ( 200, 200) (3200, 200) (3400, 200) (6400, 200) (6600, 200) ( 0,1100) ( 200,1100) (3200,1100) (3400,1100) (6400,1100) (6600,1100) ( 0,1300) ( 200,1300) (3200,1300) (3400,1300) (6400,1300) (6600,1300) ( 0,2200) ( 200,2200) (3200,2200) (3400,2200) (6400,2200) (6600,2200) ( 0,2400) ( 200,2400) (3200,2400) (3400,2400) (6400,2400) (6600,2400)

螺栓群形心位置 (3300,1200) 三、螺栓受力计算

(6600 , 0)处螺栓受剪力最大：

受到N产生的剪力 Nx1 = N/BoltNum = 0 KN 受到V产生的剪力 Ny1 = -V/BoltNum = -6.44444 KN 受到M产生的剪力 Nx2 = -3.03136 KN Ny2 = -8.33624 KN Nv = sqrt[ (Nx1+Nx2)^2 + (Ny1+Ny2)^2 ] = 15.0883 KN Nv <= min( Nvb , Ncb ) 满足! 4.3.3工况3计算结果

该工况下施加荷载情况如图4-24。结构变形见图4-25。整体结构应力比见

图4-26，平台架体应力比见图4-27。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u4a3.html