涵洞模板支架及计算培训.docx

涵洞模板支架及计算培训.docx

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涵洞模板支架及计算培训

一、适用范围

本作业队辖区8个框架涵、4个框构桥。

二、作业准备

2.1内业技术准备

开工前各工点技术员必须熟悉规范和技术标准，认真学习实施性施工组织设计，图纸一到必须立即组织图纸会审，澄清有关技术问题，涵洞支架搭设前完成支架、模板的计算，并绘制出图纸，不得由作业队工人凭经验施工支架及模板。

原则上使用钢模板，当使用竹胶模板时应报项目部同意。

对施工人员进行技术交底，对参加技术员及操作工人进行技术培训，培训工作由各工点技术负责人主持。

2.2人工、材料、机具准备

督促涵洞工班长落实支架模板情况，检查工班人员数量是否满足工期要求，核实钢筋加工机械、模板加工机械、吊机、水泵养护材料等是否进场，数量是否满足要求，以免误工。

3、技术要求

满足业主及《验标》的要求，特别是站场内涵洞及框架桥外观必须要保证。

4、施工程序

基坑开挖→地质核查→基底处理→底板施工→支架、模板→浇筑前请安质部组织，工程部、青安岗相关人员参加验收支架及模板→浇筑边墙及顶板→养护→拆模修补

5、施工要求

技术员要有责任感及使命感，你们的决定将影响到施工过程中的安全和工程的质量。

因此技术人员一定要严谨，懒惰、马虎、浮躁都是技术人员要摈弃的坏习惯。

技术要用数据说话，所以作为技术员一定要懂得结构分析，最好学会一门有限元软件。

对于支架模板是技术员最常见的问题，也是容易出问题的地方。

支架出问题轻则爆模，重则死人，下面是几个支架问题的事故案例，希望大家引以为戒。

5.1模板支架设计

荷载有水平荷载及竖直荷载，侧模承受的主要是水平压力荷载，底模及其支架主要承受竖向荷载。

荷载主要有：

1、模板支架自重

木材比重8kN/m3；钢材比重为78.5kN/m3；定型钢模根据实际估算，一般轻型钢模约75kg/m2，较高的墩身模板也可以能达到近200kg/m2。

2、浇筑混凝土的竖向重量

根据标号不同，一般来说含筋率小于2%的钢筋混凝土容重可取25kN/m3，本工程涵洞混凝土为C40，配筋率也比较高，我们计算时候取26kN/m3；素混凝土根据标号不同一般为24～25kN/m3；

3、施工荷载

主要是人员，材料堆放等荷载，可以取2.5kPa；

4、倾倒混凝土的竖向冲击荷载

本工程可以取2kPa

5、振捣产生的竖向荷载

振捣棒产生的激振力，取2kPa；

6、其它竖向荷载，如大雪荷载，本工程不计；

7、新浇筑混凝土对侧模板的压力；

混凝土侧压力与水压力类似，计算公式为Pm=K×γ×h

（K：

修订系数，γ砼容重，h有效压头），见下图。

图5.1-1混凝土侧压力计算简图

但不同的是混凝土会凝结、有粘聚力，完全按照水压力计算结果会偏大。

当混凝土浇筑速度较快，大于混凝土初凝时间时，h取浇筑结构物的高度。

当混凝土浇注速度在6m/h以下时候，h按照以下公式计算：

v/t≤0.035时

h=0.22+24.9×v/t；（公式5-1）

v是浇筑速度，m/h。

t是浇筑混凝土温度，℃，下同。

v/t>0.035时：

h=1.53+3.8×v/t（公式5-2）

本工程涵洞浇筑速度V按照1.5m/h计算（实际浇筑速度控制在1.1m/h以内），h=1.53+3.8×1.5/30=1.72m；K取1，γ=26kNm3，

侧压力Pm=44.72kPa。

8、倾倒混凝土时产生的水平荷载

按照4kPa计算；

9、振捣产生的水平力

忽略；

10、风水平荷载

忽略；

11、流水压力、船、漂浮物撞击力。

忽略。

在设计时计算承载力的时候底模荷载组合为上述荷载的1、2、3、4、5、6项，验算刚度时候只要1、2、6项即可。

侧模承载力计算7、8项，刚度验算急招第7项即可。

A3钢材杨氏模量E=2.1e11Pa，抗拉力[σ]按照170Mpa，纯弯曲正应力[σw]可适当提高到181MPa，剪应力[τ]=100MPa。

优质木材制成的木方顺纹抗拉力[σ]按照13Mpa计算，较差的木材顺纹抗拉力[σ]=8Mpa。

我们涵洞所用的拉杆为粗制螺栓，由于螺栓削弱了钢材的界面所以药按照削弱后的净面积算螺杆的力学性能，如下：

表5.1-1粗制螺栓的力学性能

螺栓直径

（mm）

螺纹直径

（mm）

净面积

（mm2）

容许拉力

（N）

（kgf）

12

9.85

76.2

12954

1290

14

11.55

104.8

17812

1780

16

13.55

144.2

24514

2450

18

14.93

175.1

29762

2970

20

16.93

225.1

38269

3820

22

18.93

281.4

47845

4785

外漏模板容许挠度为L/400，隐蔽工程模板为L/250。

另外还要求钢面板挠度不大于1.5mm，背带不大于3mm。

5.2结构计算

单跨简支梁的均布荷载

弯矩公式5-3

挠度ω=公式5-4

如果背带大于5跨，可按照连续梁来计算：

弯矩公式5-5

挠度ω=公式5-6

可以对比，多跨连续梁比简支梁计算弯矩小了20%，而挠度则几乎小了1倍。

合理的结构设计可以大大减小结构内力。

希望大家在现场中把现场情况用理论来解释，并通过理论知识来解决现场实际问题。

本工程考虑到目前几个涵洞工人的操作水平，施工中出于安全考虑，还是按照简支梁来计算。

背带和拉杆对于模板刚度的提高起着很大作用。

为了保证稳定，一般来说每块钢模上最好有2处支撑。

计算时，假定背带承担为改背带两侧格子各一半的力。

⑴背带

按照简支梁计算，其中q=Pm×a，计算见图如下：

图5.2-1背带最大间距简图

而σ=

反算处水平背带最大间距L≤

以涵11为例：

竖直背带为∠63×5和2φ48×2.5建筑钢管，Pm=44.72kPa，考虑4kPa倾倒冲击力，P=48.72KPa，其水平背带上拉杆间距为1m，则水平背带间距L≤0.6m，实际为0.5m。

事实上，本工程模板拉杆选用的为φ16车丝钢筋，每根拉杆的许用拉力为2.45t（蝶形扣手拉力为2.6t），混凝土加上混凝土倾倒的冲击力对模板的侧压力在50kPa左右，因此水平及竖直背带组成的格子面积应该不大于24500/50000=0.49m2，也就是说拉杆水平间距与竖直间距的乘积要小于0.5以内才能保证拉杆不拉断。

水平背带的受力计算：

M==

水平背带为2∠63×6，截面模量W=2×6cm3=12cm3。

水平背带的应力σ=M/W=253.8Mpa，远大于[σ]=170MPa。

可见水平拉杆间距过大。

可以通过几个方面的措施来改善：

⑴放慢浇筑速度以减小混凝土压力，当速度放慢到1.1m/h时候，应力降低到原来的67%，为169.3MPa基本可满足强度要求。

⑵减小混凝土初凝时间，减小塌落度。

⑶拉杆间距调整到75cm，若拉杆间距不调整，通过加强支撑来减小水平背带的计算跨度或者是加塞木方8×10cm厚木方。

⑵面板

模板的长宽比大于2时可视为单向简支板，其跨中最大弯矩，L取较短的边长。

若长宽比小于2，应视为四面简支板，可查手册计算。

以涵11为例，其面板厚度为5mm，面板长宽为0.5m，查弯矩MX=0.0368×48720×0.5×0.52=224.112N·m，W=50×0.52÷6=2.08cm3。

σ=224.112÷2.08=107.7MPa，挠度查表计算后为3.5mm，为计算跨度的1/143，超过了允许L/400的要求。

⑶其它

支架竖向受力主要是计算钢管是否失稳，木方、底模受力计算，与上类似，施工时注意支架的间距除了满足受力要求外还应结合模板的支撑。

由于支架垮塌的后果是灾难性的，一根钢管失稳后，力立刻转移到周围的钢管上，若周围钢管不能承受，整个支架就会垮塌，昆明某工地就是因为支架拆除过早，混凝土还未完全凝固，有个工人拆除了钢管，结果引发整个支架垮塌，造成了数人死伤，因此支架应该偏于保守，不能受力太大，应该以稳定控制。

本工程涵洞不高，抗倾覆可以不验算。

5.3模板检查要点

1、模板安装前要涂模板漆，安装后复核模板尺寸，检查有无影响混凝土外观的缝隙（缝隙的危害在于浇筑时会漏浆，影响混凝土强度和抗渗性能，并且拆模后会产生错台，影响外观。

）

2、钢筋保护层，客专对耐久性要求很高，保护层的厚度要求是一定不能马虎，将来会有超声波检查。

3、模板交界处、背带悬臂处应特别留意，错台，涨模多是发生在这些位置。

特别是竹胶模板，交界处一定要有通长的木方。

4、拉杆间距、拉杆直径是否正确。

有无和φ16和φ12混用的情况，拉杆螺栓是否上紧、拧死。

蝶形扣有无裂纹。

根据上面计算，我们知道，水平1m的拉杆间距偏大，基本上用到了材料允许应力的极限，所以要着重检查是不是每个拉杆都上紧了，薄弱处有无支撑。

5、涵洞要充分利用钢管支撑，在支架设计时，要有意识的把支架的水平杆与模板水平背带设在一个高度，以利于用支架支撑。

6、模板支撑本身要稳定，比如一根木方上的支撑不少于2个。

在外侧的支架支撑模板后，支架本身要加斜撑，撑到地面上。

7、由于混凝土的侧压力是最重要的荷载，因此浇筑中应特别留意混凝土塌落度，并控制好浇注速度。

浇筑过程中应有专人检查模板变形情况，如有异常应立即停止浇筑及时加固。

8、承重支架模板拆除时混凝土强度应该达到75%以上。

6、附录：

常用钢结构及结构力学知识

⑴常见简支梁悬臂梁的弯矩及挠度

图6-1常见梁计算见图

⑵利用虚功原理及位移互等原理求解位移

这几个基本的计算见图可以合成复杂结构的位移。

一般静定结构利用虚功原理求解。

虚功原理对于变形体系表述为：

对于变形体系，外力所做虚功等于变形虚功。

变形体内力虚功为Wi

Wi=

后面两项为轴力及剪力影响，非常小，对于梁来说可忽略。

即变形虚功Wi=，根据虚功原理F△=Wi

当需要计算某点位移时，只需要在该点施加单位为1的力，则1×△=Wi=。

当EI为常数、梁为直线且或M至少有一个是直线时，可利用图乘法代替积分运算。

⑶三角函数

sin（α+β）=sinαcosβ+cosαsinβ

cos（α+β）=cosαcosβ-sinαsinβ

sin2α=2sinαcosα

cosα=2cos2α-1=1-2sin2α

⑶材料力学任意截面正应力及切应力

图6-2应力圆

推导：

σa=圆心坐标+ycos（φ+2α）

=

=

同理可推导τa

根据图6-2可以看出，在同一个受力状态下：

某点的受力σx+σy是个常数。

⑷主应力公式

σmaxσmin=最大、最小主应力公式6-1

τmaxτmin=切应力公式6-2

⑸折算应力

第一强度理论：

材料最大拉应力达到某个极限时就会断裂，用公式表示σr1≤[σ]。

主要适用于脆性材料拉伸。

第二强度理论：

材料最大拉应变达到某个极限时就会断裂，用公式表示σr2=σ1-γ（σ2+σ3）≤[σ]。

主要适用于脆性材料的压缩，如混凝土、石头，当铸铁在拉压二向应力状态下，且压应力较大时候，结果比较接近。

这个强度理论较少用。

第三强度理论：

材料最切应力达到某个极限时就会断裂，用公式表示σr3=σ1-σ3≤[σ]。

主要适用于塑性材料的屈服。

第四强度理论：

材料最大畸变能密度达到某个极限时就会断裂，用公式表示σr4=。

主要适用于塑性材料。

第一、第二强度理论主要适用于铸铁、石料、混凝土、玻璃等脆性材料的脆性断裂。

第三、第四强度理论主要适用于碳钢、铝、铜等塑性材料的屈服。

根据不同的强度理论折算出的结果是会有差别的，如某材料仅有σx和τ，那么可以算出主应力应力σ1、及σ2，如果按照第四强度理论算出折算应力为σr4=≤[σ]。

如果按照第三强度理论折算处应力为σr3=≤[σ]。

因此在工程上的计算也仅仅是提供参考，同样是应力计算，同样的材料在不同的受力条件下可能就需要不同的公式。

不