模板强度及稳定性计算.docx

1、模板强度及稳定性计算模板计算一、模板构造模板采用厚度为6mm的定型钢模，横肋间距为350mm、纵肋间 距为450mm,横肋采用尺寸为80mm*10mm、厚为6mm的钢板，上 面加焊同样尺寸的盖板以加强模板刚度， 形成T形结构。横向侧模之 间采用对拉螺栓固定。纵向侧模外用钢管固定。模板具体设计构造见模板设计图纸,附后。二、荷载计算1 、竖向荷载 根据路桥施工计算手册相关内容,荷载取值如下： （1 ）新浇混凝土自重：按配筋量大于 2%算取 26kN/m3。（2）模板重量：取 0.75 kN/m2。（ 3）倾倒混凝土时产生的冲击力：取 2.0kPa。 （4）振捣混凝土产生的荷载：取 2.0kPa。（

2、 5）人员、机具材料堆放等荷载：计算模板时取 2.5kPa。2、水平荷载根据公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）推荐的模板侧压力计 算公式： Pm=4.6v1/4式中：v混凝土的浇筑速度，m/h。混凝土浇筑速度取 3m/h。盖梁混凝土浇筑侧压力为： 6.05kPa。三、底模验算图一图示圆弧段即为收荷载最大的位置，讲圆弧型荷载偏安全的转化 为直线段计算。此部分总荷载值如下：(1)新浇混凝土荷载：26kN/m3 x 3.4m x 1.3m (按荷载较大的B形桥墩宽计算)X4.8m=551.616 kN(2)模板重量：0.75 kN/m2x 4.8mX( 3.4m+3.4m) =24.48

3、 kN(3)倾倒混凝土时产生的冲击力：2.0kPaX 1.3mx 3.4m=8.84 kN(4)振捣混凝土产生的荷载：2.0kPaX 1.3mx 3.4m=8.84 kN(5)人员、机具材料堆放等荷载：I.OkPaX 1.3mx 3.4m=4.42 kN总荷载值为： N=（1）+（2）+（3）+（4）+（5）+（6）= 612.83 kN化为均布荷载大小为：P=N/ （1.7* n *1.3） =88kPa。1、面板计算( 1 )强度计算 选用模板区格中四面固结的最不利受力情况进行计算。Ly/Lx=350/450=0.78 查路桥施工计算手册 P775 页，均布荷载 作用下四面固结的板的计算系

4、数，得：Kmx0= 0.0679 Kmy0= 0.0561KM x0= 0.0281 Kmy0= 0.0138 Kf=0.00188取 1mm 宽的板条作为计算单元，荷载 q 为：q=0.088x 仁0.088N/mm支点处的弯矩为：Mx0= Kmx0x qx Lx2二0.0679 x 0.088 x 4502二1209N- mm0 2 2My0= Kmx x qx Ly = 0.0561 x 0.088 x 350=604.76N mm 面板的截面系数： W=1/6x bh2=1/6x 1x 62=6mm3 应力为：(T maX=MWW=1209/6=201.5Mpa=Mw/W=545.3/

5、6=90.88Mpav e =215Mpa 可满足施工要求。(2)挠度计算3 2 5 3 2 5Bo=Eh/12 (1- Z) =2.1 X 10 X 6/12 (1-0.3 ) =41.5 X 10N- mmWZa=Kf X qL4/B=0.0018 X 0.088 X 3504/41.5 X 105=0.57mmW/L=0.57/350=1/611 1/500满足施工要求。2、横肋计算横肋间距350mm,采用两快10*80+10*80钢板拼焊成T形铁结构,横肋与面板焊成一体，在构成工型结构。荷载： q=PX h=0.088X 350=30.8N/m结构的形心距 x=34mm惯性矩 I=31

6、40000mm4截面抗弯模量 W=I/62=92353mm3最大弯矩为： Mmax=q2L/8=6506500N*m( 1 )强度验算emax=Mmax/W=6506500/92353=70.45 Mpae =215Mpa( 2)挠度验算：4F=5qL4/384EI=5X30.8X1300/(384X2.1 X10X3140000)=4.61mmf=1300/400=3.25mm挠度值略大.由于模板1300mm宽的面板还有横向钢带(平行于圆 周）联系，即实际可满足施工要求 四、横向侧模验算横向侧模使用直径为20mm的光圆对拉钢筋，间距最大取 80cm。 单根螺栓最大拉力为38.2kN。盖梁混凝

7、土浇筑最大侧压力为 6.05kPa。对拉螺栓间距按80cm、 排距按2m算，每根螺栓承受的拉力为：P=6.05X 0.8 x 2=10kN 7040 70 100弯曲强度/ MPa12 1715 2525 403.热性能PE受热后，随温度的升高，结晶部分逐渐熔化，无定形部分逐渐增多。其 熔点与结晶度和结晶形态有关。HDPE勺熔点约为125137C, MDPE勺熔点约为 126134C, LDPE的熔点约为105115C。相对分子质量对 PE的熔融温度基本 上无影响。PE的玻璃化温度（Tg）随相对分子质量、结晶度和支化程度的不同而异，而 且因测试方法不同有较大差别，一般在-50 C以下。PE在一

8、般环境下韧性良好， 耐低温性（耐寒性）优良，PE的脆化温度（Tb）约为-80-50 C,随相对分子质量增 大脆化温度降低，如超高相对分子质量聚乙烯的脆化温度低于 -140 C。PE的热变形温度（Th?较低，不同PE的热变形温度也有差别，LDPE约为38 50C （0.45MPa,下同），MDPE勺为5075C，HDPE勺为6080C。PE的最高连 续使用温度不算太低，LDPE约为82100C, MDPE勺为105121C, HDPE为 121C，均高于PS和PVC PE的热稳定性较好，在惰性气氛中，其热分解温度超 过 300 CoPE的比热容和热导率较大，不宜作为绝热材料选用。 PE的线胀系数

9、约在（1530） X 10-5K-1之间，其制品尺寸随温度改变变化较大。几种PE的热性能见表1-2 o表1-2几种PE热性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯熔点/C105115120125125137190210热降解温度（氮气）/C 300 300 300 300热变形温度（0.45MPa） /C38 50507560 8075 85脆化温度/C-80 -50-100 -75-100 -70-140 -70线性膨胀系数/ （ X 10-5K、16 2411 16比热容/ J (kg K)-12218230119252301热导率 / W (m K)-10.350.424.

10、电性能PE分子结构中没有极性基团，因此具有优异的电性能，几种 PE的电性能见 表1-3 o PE的体积电阻率较高，介电常数和介电损耗因数较小， 几乎不受频率的 影响，因而适宜于制备高频绝缘材料。它的吸湿性很小，小于 0.01 % （质量分 数）,电性能不受环境湿度的影响。 尽管PE具有优良的介电性能和绝缘性，但由 于耐热性不够高，作为绝缘材料使用，只能达到 丫级（工作温度w 90C）o表1-3聚乙烯的电性能性能LDPELLDPEHDPE超高相对分子质量聚乙烯体积电阻率/ Q cm 1016r 1016 1016r 1017介电常数/F m1 (106Hz)2.25 2.352.20 2.302

11、.30 2.35 2045 7018 28 355.化学稳定性PE是非极性结晶聚合物，具有优良的化学稳定性。室温下它能耐酸、碱和 盐类的水溶液，如盐酸、氢氟酸、磷酸、甲酸、醋酸、氨、氢氧化钠、氢氧化钾 以及各类盐溶液（包括具有氧化性的高锰酸钾溶液和重铬酸盐溶液等），即使在较 高的浓度下对PE也无显著作用。但浓硫酸和浓硝酸及其他氧化剂对聚乙烯有缓 慢侵蚀作用。PE在室温下不溶于任何溶剂，但溶度参数相近的溶剂可使其溶胀。随着温 度的升高，PE结晶逐渐被破坏，大分子与溶剂的作用增强，当达到一定温度后 PE可溶于脂肪烃、芳香烃、卤代烃等。如 LDPE能溶于60C的苯中，HDPE能溶 于8090C的苯中

12、，超过100C后二者均可溶于甲苯、三氯乙烯、四氢萘、十氢 萘、石油醚、矿物油和石蜡中。但即使在较高温度下 PE仍不溶于水、脂肪族醇、 丙酮、乙醚、甘油和植物油中。PE在大气、阳光和氧的作用下易发生老化，具体表现为伸长率和耐寒性降 低，力学性能和电性能下降，并逐渐变脆、产生裂纹，最终丧失使用性能。为了 防止PE的氧化降解，便于贮存、加工和应用，一般使用的PE原料在合成过程中 已加入了稳定剂，可满足一般的加工和使用要求。如需进一步提高耐老化性能， 可在PE中添加抗氧剂和光稳定剂等。6.卫生性PE分子链主要由碳、氢构成，本身毒性极低，但为了改善PE性能，在聚合、 成型加工和使用中往往需添加抗氧剂和光

13、稳定剂等塑料助剂， 可能影响到它的卫 生性。树脂生产厂家在聚合时总是选用无毒助剂， 且用量极少，一般树脂不会受 到污染。PE长期与脂肪烃、芳香烃、卤代烃类物质接触容易引起溶胀， PE中有些低相对分子质量组分可能会溶于其中，因此，长期使用 PE容器盛装食用油脂会产生一种蜡味，影响食用效果1.1.2 聚乙烯的分类聚乙烯的生产方法不同，其密度及熔体流动速率也不同。按密度大小主要分为低密度聚乙烯（LDPE、线型低密度聚乙烯（LLDPE、中密度聚乙烯（MDPE、高密度聚乙烯（HDPE。其中线性低密度聚乙烯属于低密度聚乙 烯中的一种，是工业上常用的聚乙烯，其他分类法有时把 MDPEm类于HDPE或 LLD

14、PE。按相对分子质量可分为低相对分子质量聚乙烯、普通相对分子质量聚乙 烯、超高相对分子质量聚乙烯。按生产方法可分为低压法聚乙烯、中压法聚乙烯和高压法聚乙烯。1.低密度聚乙烯英文名称： Low density polyethylene ，简称 LDPE低密度聚乙烯，又称高压聚乙烯。无味、无臭、无毒、表面无光泽、乳 白色蜡状颗粒，密度 0.9100.925g/cm3，质轻，柔性，具有良好的延伸性、 电绝缘性、化学稳定性、加工性能和耐低温性（可耐 -70C），但力学强度、隔湿性、隔气性和耐溶剂性较差。 分子结构不够规整， 结晶度较低（ 55%65%）， 熔点105115C。LDPE可采用热塑性成型加

15、工的各种成型工艺，如注射、挤出、吹塑、旋转 成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等，成型加工性好。主要用 作农膜、工业用包装膜、药品与食品包装薄膜、机械零件、日用品、建筑材 料、电线、电缆绝缘、吹塑中空成型制品、涂层和人造革等。2.高密度聚乙烯英文名称： High Density Polyethylene ，简称 HDPE高密度聚乙烯，又称低压聚乙烯。无毒、无味、无臭，白色颗粒，分子 为线型结构，很少有支化现象 , 是典型的结晶高聚物。力学性能均优于低密度 聚乙烯，熔点比低密度聚乙烯高，约 125137C，其脆化温度比低密度聚乙烯低，约-100-7 0C，密度为0.9410.960g/

16、cm3。常温下不溶于一般溶剂， 但在脂肪烃、芳香烃和卤代烃中长时间接触时能溶胀，在 70E以上时稍溶于甲苯、醋酸中。在空气中加热和受日光影响发生氧化作用。能耐大多数酸碱的侵蚀。吸水性小，具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较 高的刚性和韧性，介电性能、耐环境应力开裂性亦较好。HDPE可采用注射、挤出、吹塑、滚塑等成型方法，生产薄膜制品、日用品及工业用的各种大小中空容器、管材、包装用的压延带和结扎带，绳缆、 鱼网和编织用纤维、电线电缆等。3.线性低密度聚乙烯英文名称： Linear Low Density Polyethylene ，简称 LLDPE 线形低密度聚乙烯被认为是“第三代聚

17、乙烯”的新品种，是乙烯与少量高 级a -烯烃（如丁烯-1、己烯-1、辛烯-1、四甲基戊烯-1等）在催化剂作用下， 经高压或低压聚合而成的一种共聚物，为无毒、无味、无臭的乳白色颗粒， 密度0.918o.935g/cm3。与LDPE相比，具有强度大、韧性好、刚性大、耐 热、耐寒性好等优点，且软化温度和熔融温度较高，还具有良好的耐环境应 力开裂性，耐冲击强度、耐撕裂强度等性能。并可耐酸、碱、有机溶剂等。LLDPE可通过注射、挤出、吹塑等成型方法生产农膜、包装薄膜、复合薄膜、管材、中空容器、电线、电缆绝缘层等。由于不存在长支链，LLDPE的 65 % 70用于制作薄膜。4.中密度聚乙烯英文名称： Me

18、dium density polyethylene ，简称 MDPE中密度聚乙烯是在合成过程中用 a -烯烃共聚，控制密度而成。 MDPE的 密度为 0.926 0.953g/cm 3，结晶度为 70% 80%，平均相对分子质量为 20 万，拉伸强度为824MPa断裂伸长率为50%60%，熔融温度126135C， 熔体流动速率为 0.135g/ 10min，热变形温度（0.46MPa）4974C。MDPEft 突出的特点是耐环境应力开裂性及强度的长期保持性。MDP刖用挤出、注射、吹塑、滚塑、旋转、粉末成型加工方法，生产工艺参数与HDPE和LDPF相似，常用于管材、薄膜、中空容器等。5.超高相对

19、分子质量聚乙烯英文名称： ultra-high molecular weight polyethylene ，简称 UHMWPE300 600 万，超高相对分子质量聚乙烯冲击强度高，耐疲劳，耐磨，是一种线型结构 的具有优异综合性能的热塑性工程塑料。其相对分子质量达到 密度 0.936 0.964g/cm3,热变形温度(0. 46MPa)85C，熔点 130136C。UHMWPB相对分子质量高而具有其他塑料无可比拟的优异性能，如耐冲 击、耐磨损、自润滑性、耐化学腐蚀等性能，广泛应用于机械、运输、纺织、 造纸、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，其中以大型包装容器和管 道的应用最为广泛。另外，由

20、于超高相对分子质量聚乙烯优异的生理惰性， 已作为心脏瓣膜、矫形外科零件、人工关节等在临床医学上使用，而且，超 高相对分子质量聚乙烯耐低温性能优异，在 -40C时仍具有较高的冲击强度，甚至可在-269C下使用。超高相对分子质量聚乙烯纤维的复合材料在军事上 已用作装甲车辆的壳体、雷达的防护罩壳、头盔等；体育用品上已制成弓弦、 雪橇和滑水板等。由于超高相对分子质量聚乙烯熔融状态的粘度高达 108Pa s，流动性极差，其熔体流动速率几乎为零，所以很难用一般的机械加工方法进行加工。 近年来，通过对普通加工设备的改造，已使超高相对分子质量聚乙烯由最初 的压制 -烧结成型发展为挤出、吹塑和注射成型以及其他特

21、殊方法的成型。6.茂金属聚乙烯茂金属聚乙烯(mPE)是近年来迅速发展的一类新型高分子树脂，其相对分子 质量分布窄， 分子链结构和组成分布均一， 具有优异的力学性能和光学性能， 已 被广泛应用于包装、电气绝缘制品等。1.1.3 聚乙烯的成型加工PE的熔体粘度比PVC低，流动性能好，不需加入增塑剂已具有很好的成型 加工性能。 前文已介绍了各类聚乙烯可采用的成型加工方法， 下面主要介绍在成 型过程中应注意的几个问题。1聚乙烯属于结晶性塑料，吸湿小，成型前不需充分干燥，熔体流动性 极好，流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快， 保压充分。不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。注

22、意选择浇口位 置，防止产生缩孔和变形。2PE的热容量较大，但成型加工温度却较低，成型加工温度的确定主要取 决于相对分子质量、密度和结晶度。 LDPE在 180C左右，HDPE在220C左右， 最高成型加工温度一般不超过280 Eo3熔融状态下， PE 具有氧化倾向，因而，成型加工中应尽量减少熔体与空 气的接触及在高温下的停留时间。4PE的熔体粘度对剪切速率敏感，随剪切速率的增大下降得较多。当剪切 速率超过临界值后，易出现熔体破裂等流动缺陷。5制品的结晶度取决于成型加工中对冷却速率的控制。 不论采取快速冷却还 是缓慢冷却， 应尽量使制品各部分冷却速率均匀一致， 以免产生内应力， 降低制 品的力学

23、性能。6收缩范围和收缩值大（一般成型收缩率为1.5 %5.0 %），方向性明显， 易变形翘曲，冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统。7软质塑件有较浅的侧凹槽时，可强行脱模。1.1.4 聚乙烯的改性聚乙烯属非极性聚合物， 与无机物、 极性高分子相容性弱， 因此其功能性较 差，采用改性可提高PE勺耐热老化性、高速加工性、冲击强度、粘接性、生物相 容性等性质。常用的改性方法包括物理改性和化学改性。1 .物理改性物理改性是在PE基体中加入另一组分（无机组分、有机组分或聚合物等）的一 种改性方法。常用的方法有增强改性、共混改性、填充改性。（1）增强改性 增强改性是指填充后对聚合物有增强效果的改性。加

24、入的 增强剂有玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维、合成纤维、棉麻纤维、晶须等。自增强 改性也属于增强改性的一种。1自增强改性。 所谓自增强就是使用特殊的加工成型方法， 使得材料内部组 织形成伸直链晶体， 材料内部大分子晶体沿应力方向有序排列， 材料的宏观强度 得到大幅度提高， 同时分子链有序排列将使结晶度提高， 从而使材料的强度进一 步提高，由于所形成的增强相与基体相的分子结构相同， 因而不存在外增强材料 中普遍存在的界面问题。如采用超高相对分子质量聚乙烯（UHMPE纤维增强LDPE 在加热加压成型的条件下， 可以形成良好的界面， 最大限度发挥基体和纤维的强 度。2纤维增强改性。 纤维增强聚合物基复合

25、材料由于具有比强度高、 比刚度高 等优点而得到广泛应用。如采用经KH-550（偶联剂处理的长玻璃纤维（LGF）与PE复 合制备的PE/LGF复合材料，当LGF加入量为30% (质量分数)、长度约为35m时, 复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为 52.5MPa和52kJ/m3晶须改性。晶须的加入能够大幅度提高HDP材料的力学性能，包括短期力 学性能及耐长期蠕变性能。晶须对HDP材料的增强作用主要归因于它们之间的良 好界面粘接，同时刚性的晶须则能够承担较大的外界应力使复合材料的模量得到4纳米粒子增强改性。少量无机刚性粒子填充PE可同时起到增韧与增强的作 用。如将表面处理过的纳米Si02粒子填充mL

26、LDPE-LDP,ESi02纳米粒子均匀分散于 基材中，与基材形成牢固的界面结合，当填充质量分数为 2%时，拉伸强度、断 裂伸长率分别提高了 13.7MPa和174.9 %。(2)共混改性 共混改性主要目的是改善PE勺韧性、冲击强度、粘接性、 高速加工性等各种缺陷，使其具有较好的综合性能。共混改性主要是向PE基体中 加入另一种聚合物，如塑料类、弹性体类等聚合物，以及不同种类的PE之间进行 共混。1PE系列的共混改性。单一组分的PE往往很难满足加工要求，而通过不同种 类PE之间的共混改性可以获得性能优良的 PE材料。如通过LDP与LLDP共混，解 决了 LDP因大量添加阻燃剂和抗静电剂等助剂造成力学性能急剧降低的问题； LLDP与HDP共混后可以提高产品的综合性能。2PE与弹性体的共混改性。弹性体具有低的表面张力、较强的极性、突出的 增韧作用，因此与PE共混后，既能保持PE勺原有性能，同时也可以制备出具有综 合优良性能的PE=如LDPE聚烯烃弹性体(POE)共混物，当POE勺质量分数为3O% 时，共混体系的拉伸强度达到最大值，为 21.5 MPa。3PE与塑料的共混改性。聚乙烯具有良好的韧性，但制品的强度和模量较低，与工程塑料等共混可提高复合体系的综合力学性能。 但PE和这类高聚