墩柱模板计算书midascivil
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。
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：
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=0.22γt 0K 1K 2V 1/2
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
max 72722
40kPa
1.62 1.6P υυ?===++
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)； W0------基本风压值(Pa)， ，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；
W=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：
2
01W 1.6V =22011W 20.7267.8Pa 1.6 1.6
V =
=?=
表1 模板杆件规格
杆件型号材质面板6mm厚钢板Q235 法兰14mm厚钢板Q235
拉筋直径25mm精扎螺纹
钢
竖肋10号槽钢Q235
横肋10mm厚钢板Q235
大背楞25号双拼槽钢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
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<140MPa
σσ==，强度满足。
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<140MPa
σσ==，强度满足。
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。
图6 面板应力图
[]max 24MPa<140MPa
σσ==，强度满足。
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
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<140MPa σσ==，强度满足。
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
[]max 89MPa<140MPa
σσ==，强度满足。
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<140MPa
σσ==，强度满足。
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。
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
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<140MPa
σσ==，强度满足。
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
max 112MPa σ=
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<210MPa
σσ==，强度满足。
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
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<140MPa
σσ==，强度满足。
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 σ=。
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。
图27 面板应力图
[]max 46MPa<140MPa
σσ==，强度满足。
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。
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。