马宁特大桥水中承台及钢吊箱.docx
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马宁特大桥水中承台及钢吊箱
马宁特大桥水中承台及钢吊箱
佛山市北滘至均安公路主干线高赞至均安 南沙段第二标段 钢吊箱设计方案 施工单位：
中铁二十四局集团有限公司 二00八年五月十三日 马宁特大桥水中承台钢吊箱设计技术方案 一、工程概况 马宁特大桥主桥下部结构为钻孔灌注桩基础、高桩承台，承台顶面标高4米、底面标高0米，底面在常水位下约米，设计采用有底钢吊箱施工，封底砼厚100cm。
单幅承台顺桥向宽920cm、横桥向长、每墩下布置6根D220cm钻孔灌注桩，桥台两端迎水面为圆弧形，圆弧直径20m，桥台周边安装防撞板。
二、承台施工方案 承台采用有底钢吊箱施工，利用水中平台钢管桩及桩顶工字钢承担钢吊箱自重及承台施工重量。
施工技术方案如下：
（一） 临时悬吊系统安装 钢吊箱要先经临时悬吊系统拼装，悬吊于水面上，待裙板浇筑后再利用临时悬吊系统将钢吊箱下沉到设计标高，并将临时悬吊系统转为固定悬吊。
临时悬吊系统手拉葫芦将钢吊箱悬吊于贝雷梁或工字梁上，具体设置见图。
1、对应承台圆弧端位置在钢管桩顶组装贝雷梁，贝雷梁4片贝雷架组成,对应吊箱底架2I50a4个吊点在贝雷梁上安装4个起吊重量20吨的手拉葫芦。
2、在每一个钢护筒顶横桥向安置工字钢梁，工字钢梁2根50a工字钢组成，两端伸出钢护筒50cm，对应钢吊箱底架上的吊点位置在工字钢梁上安置手拉葫芦。
3、对应于置于钢护筒两侧的钢吊箱底架2I50a工字钢两端吊点，于钢管桩顶梁上安置手拉葫芦，至此一个钢吊箱28个手拉葫芦临时支承于钢管桩和钢护筒上。
（二） 钢吊箱拼装 1、先将钢吊箱底架2I50a工字钢梁悬吊于各手拉葫芦上，调整手拉葫芦使各工字钢梁距水面高度为30cm，并使各工字钢梁顶面处于同一平面。
2、用槽钢制作的吊杆应于安装前与工字钢梁焊接牢固，用精扎螺纹钢筋做吊杆可在工字钢梁安装就位后再安装。
3、将纵向25b工字钢按图示位置逐一安装在工字钢梁上，检查平面位置无误后再将纵横向工字钢焊牢。
4、将底架临时固定在钢护筒上，再在底架上拼装预制砼底模板,调整好各板块位置,将各板间预埋角钢焊牢，使底模砼块连成整体。
5、在底板周边焊接联结角钢，将承台侧面钢模板逐一安装,外侧用28号槽钢加固,经测量调整钢吊箱平面位置后,将钢吊箱暂与周边钢管桩固结。
（三） 裙板混凝土浇筑 钢吊箱悬吊拼装完成并检测平面位置无误后，先进行裙板施工，依图纸绑扎钢筋、安装侧模板、浇筑裙板混凝土，裙板与承台连接钢筋同时预埋,裙板砼养生三天后拆除模板，用角钢将裙板砼支撑在底模上，防止吊箱下沉时裙板倾覆。
（四） 吊箱下沉、定位 1、测量承台底模、侧模标高，计算钢吊箱对应于手拉葫芦处的下沉深度，并标示于钢管桩或钢护筒上。
2、每个手拉葫芦二个工人操作，每次放松手拉葫芦钢链为10cm，一个人统一指挥，各手拉葫芦要保持同时操作，使吊箱缓慢下落，每下落三次复测一次模板标高，如模板标高出现较大差别，要按测量数据调整。
吊箱下沉过程中吊箱内外的水位要始终保持一致。
吊箱下落到设计高度后，通过测量调整吊箱平面位置。
3、将精扎螺纹钢筋吊杆安装在贝雷梁上，拧紧高强螺丝，要保证各吊杆受力均匀。
4、将槽钢吊杆焊接在钢护筒牛腿上，牛腿与钢护筒及与吊杆的焊缝长度均不得小于100cm，焊缝要饱满。
5、潜水员下水检查箱底，堵塞底模与钢护筒间间隙。
吊箱下沉要选择无大型船泊经过时进行。
（五） 灌注封底混凝土 1、封底砼的坍落度控制在18-22cm，利用导管采用水下砼灌注方式进行灌注。
2、按照每个灌注点封底砼覆盖面积直径米布置灌注点，利用钢管桩顶及钢护筒顶的贝雷梁搭设工作平台，安装灌注封底砼的导管、灌浆斗。
为保证封底砼连续进行，要在承台两端各布置不少于8套灌浆设备。
3、导管底口距吊箱底面的距离为20-30cm，用编织袋装砼制作阻水球，初次灌注的砼要保证能埋管60cm。
封底砼灌注时从两端向中间对称进行。
4、封底砼施工前要安排潜水员下水冲洗吊箱底板、钢护筒、裙板侧面的泥污，保证封底砼与之粘结牢固。
灌注前在水面处将侧模板开孔，便于封底混凝土灌注时箱内外水保持联通。
封底砼施工要连续进行，同时要加强检测，确保封底砼厚度符合设计要求。
5、封底砼施工时要尽可能安排在无船泊通行时进行，如却因不可避免且波浪较大则要采取措施防护。
（六） 排水、清理 1、封底混凝土强度达到设计要求后，排除箱内水，清理裙板及封底混凝土顶面污垢，去除裙板预埋钢筋上的铁锈，凿除封底混凝土多余部分，对局部漏水处进行封堵。
2、设计规定桩基嵌入承台20cm，为保证牛腿的焊缝长度，要将安置牛腿处封底砼凿除20cm深，焊接牛腿，并将之与吊杆槽钢焊接牢固。
3、自牛腿顶部切除钢护筒、槽钢吊杆，凿去桩头。
（七） 承台施工 1、钢筋加工安装 受吊箱内支撑梁的影响，承台钢筋采取在岸上下料、吊箱内焊接的方法进行，下料时要将钢筋接头错开，不可使其在同一截面或间距小于2米。
所有主筋都要采取两面焊，其焊缝长度、厚度及所用焊材要符合设计及技术规范要求。
2、第一层冷却管安装 按图纸要求制作、安装冷却管及测温孔，安装后通水检查孔道是否畅通。
3、浇筑第一层砼 钢筋、冷却管等经自检合格后报监理工程师检查，合格后即可进行砼浇筑。
采用泵送砼浇筑施工，为减少泵送距离、保证施工连续，将砼泵安置在栈桥与平台连接处，砼运输罐车运送砼。
混凝土浇筑时用二台混凝土输送泵自承台两端向中间同时对称浇筑。
4、养生、压浆 将冷却管与深水泵相连，深水泵安置在江水深处，待混凝土终凝后启动深水泵，使之不间断循环，同时在砼表面洒水使之始终保持湿润。
砼养生七天后利用高压浆泵将冷却管内注满水泥浆,切除多余冷却管. 5、第一层砼强度达到设计要求后即可安装第二层砼钢筋、冷却管，经监理工程师检测合格后浇筑第二层砼。
同理进行第三砼的施工。
在承台顶面及第三层砼端面预埋钢板，用于安装塔吊及桥墩滑模施工。
6、拆除吊箱 承台最后一层混凝土养生七天后即可拆除吊箱。
1潜水员配合，先拆除侧模板与底模联结螺栓，将侧模拆除。
○ 2潜水员采用水下切割技术将吊箱底架纵横工字钢一一分离，先将横梁一一取出，○ 再将纵梁取出。
3拆除贝雷梁、拔出钢管桩，清理承台面。
○ 三、施工受力工况分析
（一） 构件或结构重量 本项目承台底面面积139m2，钢吊箱各构件或结构载重于下表：
编号结构或构件名称单根钢管桩自重桩顶工字钢梁重钢吊箱底架重吊杆、牛腿重贝雷梁重预制砼底板重侧模、加固重裙板砼重封底砼重量第一层承台砼第二层承台砼第三层承台砼钢管桩受力计算 重量5919计算式1?
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23456789101112
（二） 1826135318128336000433683250655538229286505960469820469820见图-钢吊箱-002见钢吊箱-004见钢吊箱-0075片×4×300=6000kg?
139?
π?
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6?
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1000?
34179kg见钢吊箱-019、钢吊箱-021?
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1000?
55538kg2?
139?
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1000?
55538?
229286139?
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505960kg139?
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1000?
469820kg139?
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1000?
469820kg为简化计算，假定施工总重量8根钢管桩平均承担，根据施工阶段进行受力工况分析如下：
1、封底砼浇筑后 取施工常水位，设计封底砼底面标高-1m、厚度100cm，封底砼浇筑时吊箱内外水压力平衡，吊箱主要承受封底砼重量。
此时钢管桩顶荷载：
~号荷载组成计433110kg。
2、抽水后 抽排吊箱内水后，水对吊箱入水部分产生浮力：
139?
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1?
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1?
1000?
347500kg此时钢管桩顶荷载~荷载减去水浮力：
433110-347500=85610kg。
3、浇筑第一层承台砼后 ~号荷载组成并减去水浮力：
93907-347500=591570kg。
第二、三层承台砼可认为第一层承台砼及封底承担。
从上计算可知，钢管桩顶最大荷载发生在浇筑第一层承台砼后，计入钢管桩自重后，单根钢管桩承受荷载：
591570/8?
5919?
79865kg?
799kN 采用D800钢管桩,壁厚8mm,钢管桩技术参数如下:
D?
80cm、d?
、?
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D64?
4?
d4?
?
156088cm4、A?
?
D?
?
钢管桩顶标高、桩底标高-，桩长,自长度21m..4、单桩承载力计算 以钻孔编号zk22所揭示的河床下地质作参考，进行单桩承载力计算,从前面计算可知，钢管桩顶最大反力为799KN.自-14m~-为粗砂层,h=自-~-为细砂层,h=自-~-为亚粘土层,h=5m 自-~--为圆砾层,桩顶持力层为此层,h= 1Ul?
p?
A?
R?
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2U为桩周长=?
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=?
p?
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L桩在局部冲刷线下的有效桩长?
钢管1n1?
P桩壁土极限摩阻力?
P?
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40?
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20?
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120?
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R桩尖处土的极限承载力,取4000kpa?
p?
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4000?
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799kN桩承载力满足要求.5、钢管桩稳定性性验算钢管桩参数：
单桩长l1?
、钢管桩自段长l2?
、弹性模量E?
?
105Mpa、外径 12D?
80cm、内径d?
、截面A?
、μ?
2。
计算截面惯性矩I?
i2?
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D64?
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156088cm4 I?
计算i?
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查表得φ?
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108?
156088?
100?
4Pcr?
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l1?
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允许应力 φ?
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215?
因?
cr?
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所以钢管桩稳定性满足要求.（三） 桩顶工字钢受力计算 钢管桩顶工字钢梁2根50a工字钢拼焊而成，固结于钢管桩顶，依据设计图为简化计算按三等跨连续梁计算。
工字钢截面系数：
A?
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lX?
46472cm4WX?
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b=12mm3 因施工最大荷载发生在第一层承台砼浇筑后，此时总重量5916kN，假定6根吊箱底架纵梁承担，并经该6根纵梁将荷载经吊杆传递于钢护筒及桩顶工字钢梁，每个吊杆承 担荷载：
5916/24=。
P====== 跨内最大弯矩：
Mmax?
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p?
l?
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最大剪力：
Qmax?
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p?
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截面最大正应力δmax?
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3Wx2?
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100δ?
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215Mpa，正应力强度条件满足规范要求。
max?
δ最大剪应力τ?
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100?
3?
2?
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Ixb46472?
100?
4?
2?
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2τ?
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125Mpa，剪应力强度条件满足规范要求。
max?
τ（四） 吊箱底架横梁受力计算 吊箱底架横梁承受荷载重量表中4#、6#~10#荷载以及纵向工字钢及自重组成，同时应扣除水浮力：
1、单根横梁自重：
?
2?
?
2399kg?
/m 2、纵梁及钢板分配于单根横梁重量：
9852/6?
1642kg/?
/m 3、第一层承台砼浇筑后吊箱承受荷载最大，重量表中4#、6#~10#荷载组成，分配于单根横梁上重量：
?
879491?
347500?
/6?
88665kg/?
/m 吊箱底架单根横梁上匀布荷载/m.横梁槽钢吊杆固定在钢护筒上,两端用32mm精轧螺纹钢筋做吊杆悬吊于钢管桩顶工字钢梁上,为简化计算,将横梁作在钢护筒处固结、两端悬臂的形式计算。
q= 支座反力：
R?
ql?
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a?
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915kN2?
2?
22?
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最大剪力：
Qmax?
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915kN Mmax?
qlx?
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最大弯矩：
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横梁最大正应力：
δmax?
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3Wx2?
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100δ?
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215Mpa，正应力强度条件满足规范要求。
max?
δ横梁最大剪应力：
τmaxQmaxSxmax915?
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100?
3?
2?
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4Ixb46472?
100?
2?
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2τ?
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125Mpa，剪应力强度条件满足规范要求。
max?
τfmaxql4?
a2?
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242?
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384EI?
l?
432最大挠度：
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42?
384?
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10?
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46472?
100?
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f?
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（五） 5500?
11mm?
fmax满足要求。
500吊箱底架纵梁受力计算 纵梁25b工字钢组成，其承受吊箱底板、裙板、封底砼及第一层承台砼重量，将纵梁按5等跨连续梁对待，跨径按最大跨径3米计。
纵梁上总重量编号6、8~10荷载组成，834152-浮力347500=486652kg=4867KN，假定10根纵梁承担，每根纵梁承受,转换为匀布荷载/15=/m。
25b工字钢截面参数：
A?
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5278cm4WX?
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10mm q= 最大弯矩：
Mmax?
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最大剪力：
Qmax?
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3?
δmax?
计算应力：
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215Mpa，正应力强度条件满足规范要求。
max?
δ 计算剪应力：
τ?
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100?
3?
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4Ixb5278?
100?
τ?
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125Mpa，剪应力强度条件满足规范要求。
max?
τ?
34?
?
最大挠度：
f?
?
4100EI100?
?
10?
5278?
100?
f?
?
（六） 3000?
6mm?
fmax满足要求。
500吊箱底板计算 吊箱底板设计采用C25钢筋砼预制板，板厚12cm，双层钢筋网，保护层厚度25mm，钢筋采用R235钢筋，直径10mm。
从吊箱底架图可知，板最大宽度不大于1米，按1米板宽进行验算，在工况3情况下板受力最大，此时板上荷载：
荷载表中6、8~10号荷载组成，同时应扣除浮力，834152-347500=486652kg，每平方米荷载486682/139=3501kg/m2=35KN/m2。
取1米宽板条计算，则q=35KN/m，按三跨连续梁计算：
Md?
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35?
12?
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35?
1?
21kN 截面尺寸b=1m、截面有效高度h0?
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、构件受拉与受压钢筋至板边距离：
a′s?
as?
、C25砼fcd?
、R235钢筋fsd?
f′sd?
195Mpa、结构重要系数γ0?
1、 C25砼§b?
。
§h?
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M1?
fcdb§bh0?
h0?
b0?
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2γ0Md?
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1?
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13γ0Md?
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M1，按单筋截面设计， ?
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§?
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§?
§b As?
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1?
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192mm2fsd195192Asπ?
42ρ?
%，?
4根，选用8mm钢筋，按计算需含筋率ρ?
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%， π?
42bh01000?
95须按板的构造配筋，考虑到底板预制及吊装中的受力状况，设计在板内布置双层钢筋网，间距10cm，钢筋直径10mm。
（七） 槽钢吊杆受力计算 每一根槽钢吊杆2根28a槽钢拼焊而成，一个吊箱共有12根槽钢吊杆，另有16组32mm精轧螺纹钢筋吊杆，为简化计算，将吊箱上的重量假定全部12根槽钢吊杆承担。
单根吊杆承受荷载：
荷载表中3、6~10号重量组成，并扣除浮力，/12=462kN。
N462?
103δ?
?
?
?
δ吊杆主要承受拉力，抗拉应力（八） 吊杆焊缝计算 槽钢吊杆与牛腿钢板焊接、牛腿钢板与钢护筒焊接，将吊杆拉力传递于钢护筒上，因全部为直角焊缝，焊缝焊脚宽度hf?
?
?
20?
24mm，计算焊缝厚度 he?
hf2?
hf2?
242?
24?
2实际焊缝长度：
每个牛腿共有4条焊缝，二个牛腿共8条，单条焊缝长度40cm，按规范减去2hf?
2?
24?
48mm，即每条焊缝长度为352mm，全部焊缝长度为2816mm。
N462?
103焊缝强度：
τf?
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/mm?
τ?
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160N/mm，满足要求。
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2816（九） 侧模板验算 设计侧模板面板采用6mm钢板、模板纵横肋采用10号槽钢，肋净间距最大宽度32cm、最大高度36cm，模板安三面固结一面简支最不利情况进行计算，lx/ly?
32/36?
，查 00表得：
fmax?
、Mx?
、My?
、Mx?
。
取1mm?
、My宽板条作为计算单元，按照大模板设计荷载50kpa计算，板条上荷载为 q?
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/m。
支点处弯矩：
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mxql2?
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6mm36mm板截面系数：
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66δmax?
面板支座处最大应力：
面板跨中弯矩：
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/mm2?
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215MpaW62Mx?
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则：
钢板泊松比 ?
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215MpaW6挠度计算：
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，满足要求。
（十）板肋计算 模板纵横肋采用10号槽钢,其中横肋最大净间距32cm、纵肋最大净间距36cm，可只取横肋进行验算，按三跨连续梁进行计算，跨径36cm，板肋上荷载q?
50?
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18kN/m10号槽钢截面系数：
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、Wx?
，板肋最大弯矩：
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4满足要求。
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