墩柱模板计算书midascivil.docx
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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=0.22γt0K1K2V1/2
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=85.87kN/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，取大值作为设计计算的依据。
2、风荷载计算风荷载强度按下式计算：
W=K1K2K3W0W风荷载强度（Pa）；12
W0基本风压值（Pa），W01.6V2，8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；
W01V2120.72267.8Pa01.61.6W=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：
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
100mm
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
处顺桥长方向设4道水平拉筋
图3墩帽模板三维有限元模型
图4大背楞应力图
max71MPa<140MPa，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5max58MPa<140MPa，强度满足。
图5纵、横肋应力图
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max24MPa<140MPa，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。
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
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
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
max89MPa<140MPa，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max59MPa<140MPa，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。
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
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
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max35MPa<210MPa，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165MPa
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。
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。
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
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max46MPa<140MPa，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。
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