1、西 城 快 线 (北 站 路 至 疏 港 大 道 ） 公 路 工 程 第 二 标 段（ K1+300 K4+300）盖 板 涵 墙 身 模 板 支 架 受 力 验 算 书编 制 ： _审 核 ： _审 批 ： _中 国 铁 建 港 航 局 集 团 有 限 公 司西城快线公路工程第二标段项目经理部二 零 一 七 年 九 月 二 十 二 日目 录一 、 编 制 依 据 .1二 、 工 程 概 况 .1三 、 方 案 确 定 .1四 、 施 工 设 计 .1五 、 内 模 拼 装 及 支 撑 .1六 、 模 板 、 支 架 荷 载 及 螺 栓 计 算 .41涵洞墙身模板支架受力验算一、编制依据1 J
2、TG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范.2GB50214-2001,组合钢模板技术规程.3JGJ162-2008，建筑施工模板安全规范4GB50009-2001，建筑结构荷载规范二、工程概况本工程为西城快线（北站路至疏港大道）公路工程第二标段，位于湛江市西城新区，途径沙坡岭、南溪河、谢家村、郭家村，桩号范围 K1+300K4+300，全长 3.0km，设置路线交叉 2 处，出入口 1 处。采用一级公路标准，设计速度80km/h，双向八车道，路基宽度 41 米。项目全线共有涵洞 12 道，盖板涵 6 道，油管保护涵 2 道，圆管涵 4 道，其中 K1+812 涵洞为 4m3.5m 钢筋
3、混凝土盖板涵，与主线夹角 100，涵长为 44.5m，涵洞采用八字洞口，基础为整体式基础，采用 C25 混凝土浇注，墙身宽度 0.7m，高度 3.5m，采用 C35 混凝土浇注，工程量为 502.4m3。三、方案确定为响应业主精细化施工要求，提高工程外观质量及安全施工，K1+812 盖板涵是项目涵洞墙身最高的涵洞，考虑到模板最大侧向受力，故采取 K1+812 盖板涵作为模板受力验算，以作其它涵洞模板施工参考。四、 施工设计施工工艺：测量放样基坑开挖铺设砂砾垫层基础模板安装浇注基础混凝土拼装模板内模板钢管安装及支撑外模板钢管安装及支撑墙身混凝土浇注拆模及养护。对拉螺栓施工时混凝土产生侧压力最终传
4、递到拉杆上，足够数量的拉杆能2保证模板不易变形，外模支撑体系相互独立，若支撑不稳定，混凝土浇注时易造成跑模，因此在施工中，内、外模支撑体系显得相当的重要。五、内模拼装及支撑(1)放样：涵洞底板混凝土浇注后，在底板上用墨线精确放出模板位置，对称两侧安装模板，安装模板长度为 6m，分为 8 段施工。(2)搭设内模支架：3如图所示，内模支架主要可分为横撑、竖撑、斜向剪力撑。横撑能克服混凝土浇注时对涵洞内模产生的侧向压力，防止侧墙模板错位变形。在施工中，为了加大支撑，将每层横撑的上下步距设为 70cm，设为 5 层，每层 6 根钢管，沿涵洞走向设步距为 100cm 布置，钢管两端利用螺纹顶托加予调整支
5、撑松紧度，横撑与竖撑连接处用十字扣件扣接牢固，使得两种支架连接4形成整体，剪刀撑主要作用是借用三角形的稳定性质，加强内模支架的稳定性，防止支架产生平行移位；同时剪刀撑也在一定程度上对侧墙模板起到支撑作用，剪刀撑沿涵洞走向间隔布置，纵向步距为 100cm。此三种受力杆件最终将所承受的力传到涵洞内模支架上，产生相互推挤以维持内部模板的稳定性。 (3)内模模板拼装：内模选用内模采用 1.2mlm 大块组合钢模，模板与模板之间用螺丝连接固定，模板拼缝采用双面胶带、玻璃胶处理，防止拼缝处漏浆。（4）外模拼装及支撑：由于混凝土浇注时产生的侧压力全部由斜撑钢管承受，斜撑钢管与模板面的夹角越大，越能发挥钢管的
6、受力作用。故斜撑钢管与模板面的夹角必须控制在一定角度内，一般在 75900之间为宜。斜撑钢管为主要承力部位，沿涵洞走向设置 5 排；每排 4 根钢管，每排再坚向设置一根，用扣件将 4 根斜撑钢管连接，增加斜撑钢管的挠度，使支撑更加牢固。根据涵洞墙身高度与现场实际情况，按照钢管与外模交角不得小于 75，间距为100cm。钢管的一端支撑在外墙模板上，另一端支撑在夯实地面 50cm50cm 模板上，不让钢管直接插入土层里，影响支撑移位，造成跑模情况。六、模板、支架荷载及螺栓计算以 K1+812 涵洞为例，分 8 节浇筑，每节长度为 6m,每节 2 次浇筑，先浇基础及倒角上 20cm 墙身处后浇墙身。
7、涵洞洞身混凝土采用混凝土运送车运输，由吊斗送混凝土入模，墙身半幅分层对称浇注，混凝土量为长 6m高3.33m0.7m 厚=13.986m3，每层厚度控制在 30cm 左右，采用插入式振捣暑混凝土浇注速度在 6m/h 以下时，作用于侧模的压力可攫下面两式进行计算，取两式计算值较小者为侧压力（原因见后面说明） 。 1、模板侧压力计算：P1= 0.22t 0K1K2v1/25P2=H其中， 为混凝土的重力密度，取 24.OkN/m3; to为混凝土的初凝时间，可按实测确定，当无资料时按 200/(T+15)，T 取 25，则 to=5；T 为混凝土的入模温度，取 25;V 为混凝土每小时的浇注速度，
8、取 2m/h;H 为混凝土侧压力计算位置处至混凝土顶面总高度，取 3.5m：K 1为外加剂影响修正系数，项目混凝土没有掺外加剂，K 1取 1；K 2为混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm 时，取 0.85; 50-90mm 时，取 1.0;110-150mm 时，取 1.15。项目配合比坍落度为 90-120mm, K2取 1.15。将已知各值代人混凝土侧压力计算公式 P1= 0.22245ll.1521/2=42.94kN P2=243.5= 84kNP1、 P2取较小值，即 P= P1=42.94kN 有效压头高度： h=P1/=42.94/24=1.79m考虑振捣荷载及倾倒混凝
9、土产生侧压力，振捣混凝土产生侧压力为 4kN/m2，倾倒混凝土产生侧压力 2kN/m 2。 h-有效压头高度（m）荷载组合 Pm=P+4+2=48.94kN 单位长度内产生得总侧压力 F=PHL=48.94H;F=48.943.5=171.29kN2、内模支撑受力计算：内模在单位长度范围内共 30 根钢管支撑，而涵洞两侧对称浇注，则每根钢管所受压力为 =f kN52.68309.176= = =100.08N/mm2Af49.8（注：483.5 规格钢管截面面积 489mm3)钢管最大允许受压荷载6=205N/mm2=100.08N/mm 2，故涵洞内模支撑满足施工要求。3、外模支撑受力计算：
10、一侧外模长度范围内共设 20 根钢管支撑，每根钢管与模板的夹角为 75-90不等，考虑最大受力情况，20 根钢管统一按最小夹角计算，即按 75计算，则每根钢管所受压力为=fkN2.537sin2069.1= = =108.8N=205NAf489.53故涵洞外模支撑能满足施工要求。在实际施工中，应在内、外模各支架交汇处用十字扣件扣接牢固，加强支撑体系的整体性。4、对拉螺栓受力计算 对拉螺栓采用 M16 螺丝杆;纵向间距 75cm;横向间距 75cm。对拉螺栓计算公式：fANn-混凝土对模板的侧压力n-抗拉螺检面积： 计算公式： nA= = =157mm2)341pd（ 2)3416（式中 d螺
11、栓直径； 螺纹间距。f-抗拉螺栓设计强度：根据查阅螺栓等级及强度设计值对照表 M16 螺栓设计强度为 200N/mm2。 单根 M16 螺丝杆所能承受最大拉力 N =0.750.7548.94=28kN 7fANnkN4.315720k8故满足要求。4、钢模板计算模板浇筑高度为 3.25m；面板采用 5mm 冷扎钢板；竖向背楞采用 8#槽钢；间距为 300mm；水平背楞采用双 10#槽钢；间距 1000mm；每隔 750mm750mm 间距设置 M16 拉杆一道。1）面板强度验算将面板视为支撑在 8#槽钢三跨连续梁计算，面板长度取板长 1000mm,板宽度 b=1500mm。fMxWmaaMm
12、ax板面最大计算弯矩设计值(Nm); x截面塑性发展系数 x=1; Wx弯矩平面内净截面抵抗矩( 3); max板面最大正应力。作用在面板上的线荷载为： mN4911/lpqm面板最大弯矩： 10.30496221max lM面板的截面系数： 3225.56bhWX代入公式： 2236maxax N/m15/.701.40ff式中： -钢材抗弯强度设计值，取 215 N/mm2fE-弹性模量，钢材取 2.1105 N/mm28面板截面惯性矩： =150053/12=1.56104mm412bhI面板计算简图 2）挠度验算：挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则线荷载为： kN/m4
13、312q面板挠度公式： m75.04/3m71.0161.250435 442 ）（EIlq故满足要求。5、8#槽钢验算8#槽钢作为竖肋支承在横向背楞上，可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为 L=1000mm。8#槽钢的线荷载为： N/m7.143.093ql-8#槽钢之间的水平距离l1）强度验算最大弯矩 mN1047.107.4106223max LqM8#槽钢截面最小抵抗矩： 24.53W9应力： 2246max N/m15/N1.5802.3147. ffWM满足要求。2）刚度验算：8#槽钢截面惯性矩： 4m10I挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作
14、用，则线荷载为： /kN9.12x0.34q悬臂部分挠度： m2.19.0101.28609.128 4544 WEIaqW）（）（w-容许挠度， w=a/500,a=600mm 3）跨中挠度： m204.)6.245(101.2384109.250/)5(84 24 WWLEIq ）（）（满足要求。w-容许挠度， w=L/500,L=1000mm-悬臂部分长度与跨中部分长度之比，= 600/ l000=0.6。6、槽钢背楞验算：槽钢作为主背楞支承在对拉螺杆上，可作为支承在拉杆上的连续梁计算，10其跨距等于对拉螺栓的间距最大为 L=1000mm。1）强度验算侧压力作用在槽钢上的集中荷载为： m
15、/kN4915q最大弯矩： 109.4109.106225max LqM8#槽钢截面最小抵抗矩： 33m107.4.W应力： 2236max N/15/7.6104.7914. mfNf 满足要求。其中：钢材抗弯强度设计值，取 215N/mm2;mfI10 槽钢的惯性矩，I=19810 4mm4E钢材弹性模量，取 2.1105N/mm2;2）刚度验算：挠度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则线荷载为：kN/m4312q悬臂部分挠度: m18.09.2850438 4542 WEIaqW）（）（11w-容许挠度，w=a/500,a=500mm3）跨中部分挠度 m5.214.0)5.24
16、(1029810.23841045/)5(8 2442 WWLEIq ）（）（满足要求。w-容许挠度， w=L/400,L=1000mm-悬臂部分长度与跨中部分长度之比，= 0.5/ l=0.5经以上验算结果全部满足施工要求。7、模板抗倾覆验算计算工况支架在风荷载作用下，最不利工况为：侧模刚支好，而准备绑扎预压或绑扎钢筋，支架靠自身重力抵抗风荷载。支架按照最高高度取值，其中墙身高度为3.78m，支架宽度为 4m，其纵断面长度为 6m,考虑到模板的迎风面只有墙身外侧，故只计算墙身外侧模板风荷载。模板风荷载计算根据建筑结构荷载规范（GB50009-2001） 计算模板风荷载Wk= z z sW0
17、其中：W0 基本风压（kN/m 2） ，取值为 0.95kN/m2（取广东湛江，50 年一遇） ； z风压高度变化系数，取值为 z =1.25（B 类地面粗糙度，高度 20m 处） ； s 风荷载体型系数， s =1.3= 0.149； z高度 Z 处的风振系数， z=1.013；（按建筑结构荷载规范第 7.4.2公式计算： z=1+ z/ z所得，各取值根据本规范查得）12由此可得 W k1= z z sW0 =1.0131.250.1490.95 =0.179kN/m2 模板风荷载为：F1= Wk1A=0.17963.78=4.06kN支架抗倾覆系数由此可得，支架抗倾覆系数为：=34.26
18、30/4.06=2531.3支架整体抗倾覆符合公路桥涵施工技术规范 （JTG/T F50-2011）5.2.8要求。8、为什么两者取最小值？新浇混凝土对模板侧面压力是入模的具有一定流动性的新浇混凝土在浇筑、振捣和自重的共同作用下，对限制其流动的侧模板所产生的压力。我国有关部门在 20 世纪 60 80 年代初期对混凝土侧压力进行了大量的测试研究，发现对于不同的结构类型、尽管一次浇筑高度、浇筑速度不同，但混凝土侧压力分布曲线的走势基本相同：即从浇筑面向下至最大侧压力处，基本遵循流体静压力的分布规律；达到最大值后，侧压力就随即逐渐减小或维持一段稳压高度后逐渐减小，压力图形对浇筑高度轴呈山形或梯台形
19、分布。经试验获得的侧压力主要影响因素如下：1） 、 最大侧压力随混凝土浇筑速度提高而增大，与其呈幂函数关系。2） 、 在一定的浇筑速度下，因混凝土的凝结时间随温度的降低而延长，从而增加其有效压头。3)、 机械振捣的混凝土侧压力比手工捣实增大约 56%。4)、 侧压力随坍落度的增大而增大，当坍落度从 7cm 增大到 12cm 时，其最大侧压力约增加 13%。 5） 、 掺加剂对混凝土的凝结速度和稠度有调整作用，从而影响到混凝土的13侧压力。6） 、 随混凝土重力密度的增加而增大。通过以上试验研究， 混凝土结构工程施工及验收规范 （GB50204-1992）提出了以流体静压力原理为基础，并综合考虑
20、泵送和初凝时间等有关因素的计算公式：当初凝前混凝土已充分振捣液化，则有效压头 h=t0v，当浇筑高度 H 较小、浇筑速度较快时，可能 t0vH，则取 h=H；当 H 较大，施工时采用分层浇筑，先浇的几层在基本上脱离了振捣影响区，有一定的“自立”能力，以及在配筋和模板等因素影响下，有效压头降低，侧压力减小，即 ht0v0，此时考虑一个有效压头影响系数，再计入坍落度和外加剂影响的调整系数；即当采用内部振捣器时，新浇混凝土对模板侧面压力的标准值按两式计算，并取最小值。9、 施工中应注意的事项1)内模支撑采用钢管支撑，钢管密度较大，施工人员不易进出，在施工过程中应加强检查。2)浇筑涵洞基础时，预埋深度为 10cm；露出为 5cm 的 16 钢筋作为墙身模板底部支挡，避免安装模板时底部移位变形。3)支架搭设过程中需要认真检查碗扣的连接，确保支架的稳定性。4)混凝土浇注、振捣过程中不得接触模板，墙身混凝土采用半幅分层对称浇注，使两侧模板受力均衡。
