引灤輸水混凝土暗涵箱體模板設(shè)計驗算

朱 雷 齊德海

本文主要對天津市引灤入津水源保護工程中暗渠穿越CY形箱涵邊墻模板結(jié)構(gòu)中支撐鋼楞及穿墻螺栓進行設(shè)計計算(見圖1)。

1 荷載與荷載組合及模板結(jié)構(gòu)剛度要求

1)各類荷載的編號見表1。

2)計算一般模板結(jié)構(gòu)的荷載組合見表2。

3)模板結(jié)構(gòu)的剛度要求。按照規(guī)范的規(guī)定,驗算模板及支撐結(jié)構(gòu)時,其最大變形值應(yīng)符合下列要求:

a.對結(jié)構(gòu)表面不做裝修的外露模板,為模板構(gòu)件計算跨度的1/400;b.對結(jié)構(gòu)表面做裝修的隱蔽模板,為模板構(gòu)件計算跨度的1/250;c.支撐結(jié)構(gòu)的壓縮變形或彈性撓度,應(yīng)小于相應(yīng)結(jié)構(gòu)跨度的1/1 000;d.組合鋼模板結(jié)構(gòu)的允許撓度,應(yīng)符合規(guī)范的要求。

表1 荷載類別與編號

2 支撐鋼楞計算

2.1 次鋼楞的計算原則

1)次鋼楞直接承受鋼模板傳遞的多點集中荷載,為簡化計算,通常按均布荷載計算。一般為兩跨以上連續(xù)鋼楞。當(dāng)跨度不等時,按不等跨連續(xù)梁計算。2)主鋼楞的間距l(xiāng),即為次鋼楞的計算跨度,一般為兩跨以上連續(xù)鋼楞。當(dāng)跨度不等時,按不等跨連續(xù)梁計算。3)當(dāng)鋼楞帶懸臂時,應(yīng)同時驗算懸臂端的抗彎強度和撓度。

表2 計算一般模板結(jié)構(gòu)的荷載組合

2.2 主鋼楞的計算原則

1)主鋼楞承受次鋼楞傳遞的集中荷載。2)拉桿的間距L,即主鋼楞的計算跨度,根據(jù)實際情況可按連續(xù)梁、簡支梁或懸臂梁分別進行抗彎強度與撓度驗算。3)邊墻比中墻厚,因此墻體模板結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時,對邊墻墻體模板設(shè)計進行計算。

2.3 次鋼楞驗算

1)計算簡圖見圖2。

2)荷載計算。新澆混凝土對模板側(cè)面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值(F):采用內(nèi)部振搗器時,新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力,按以下兩式計算,并取最小值。

其中,F為新澆混凝土對模板的最大側(cè)壓力,kN/m2;γc為混凝土的重力密度,kN/m3;t0為新澆混凝土的初凝時間,h,可采用計算(T為混凝土的溫度,℃);V為混凝土的澆筑速度,m/h;H為混凝土側(cè)壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度,m;β1為外加劑影響修正系數(shù),不摻外加劑時取1.0,摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2;β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù),當(dāng)坍落度小于30 mm時取0.85,50 mm～90 mm時取1.0,110 mm～150 mm時取 1.15。

根據(jù)本工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù),可以粗略的計算出新澆混凝土對模板側(cè)面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值F=49.60 kN/m2;乘以恒荷載分項系數(shù)1.2,得到側(cè)壓力的設(shè)計值F1=59.52 kN/m2。

本工程混凝土澆筑采用泵送混凝土工藝,因此傾倒混凝土?xí)r,對垂直面模板產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2 kN/m2,乘以活荷載分項系數(shù)1.4,即可得到設(shè)計值 F2=2.8 kN/m2。

側(cè)壓力合計(F3)為 F1,F2之和,計算得62.32 kN/m2。所以次鋼楞所承受的均布荷載q=bF3=15.58 kN/m。

3)強度驗算。已知φ 48×3.0的圓鋼管截面抵抗矩 W=4.49×103mm3。(f為Q235鋼管抗彎強度設(shè)計值),滿足強度要求。

4)撓度驗算。撓度驗算時,所采用的荷載查表2,得知僅采用新澆混凝土側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)荷載(F)。

所以 q′=b×F=0.25F=0.25×49.60=12.40 kN/m=12.40 N/mm。

已知φ 48×3.0圓鋼管的慣性矩 I=10.78×104mm4。彈性模量 E=2.06×105N/mm2。

2.4 主鋼楞驗算

1)計算簡圖見圖3。

2)荷載計算。P為次鋼楞支座最大反力(當(dāng)次鋼楞為連續(xù)梁端,已含反力為0.60qL,中跨反力為0.50qL,所以為0.6+0.5)。P=(0.6+0.5)qL=1.1×15.58×0.75=12.85 kN。

已知2φ 48×3.0的圓鋼管截面抵抗矩 W=2×4.49×103mm3=8.98×103mm3。

為此在墻體底部施工縫處采用P6015搭接,以上4層均采用P3015的模板,增加了穿墻螺栓,因此主鋼楞不必再進行驗算。

3 穿墻螺栓計算

暗渠工程穿墻螺栓采用兩端套絲的圓鋼螺栓。

模板穿墻螺栓計算公式如下:

其中,N為穿墻螺栓所承受拉力設(shè)計值。一般為混凝土的側(cè)壓力,kN/m2;An為穿墻螺栓凈截面面積,mm2;f為穿墻螺栓抗拉強度設(shè)計值(穿墻螺栓 fbt=170 N/m2)。

暗渠工程中選用M16穿墻螺栓,驗算強度過程如下:穿墻螺栓縱向間距為600 mm(底部為300 mm),橫向間距750 mm,混凝土側(cè)壓力F=49.60 kN/m2。M16穿墻螺栓力學(xué)性能為:凈面積144 mm2,容許拉力24 500 N。

所以 N=0.6×0.75×49.6=22.32 kN=22 320 N。

Anf=144×170=24 480 N＞22 320 N,滿足要求。

[1]楊嗣信.建筑工程模板施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[2]GB 50204-92,混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范[S].

[3]GBJ 214-89,組合鋼模板技術(shù)規(guī)范[S].

[4]黃 剛.鋼制組合大模板的設(shè)計及應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(12):164-165.