桥墩模板及支架的设计与计算

一、计算说明

广州新客站站房桥的桥墩根据双线和单线轨道梁分别设计为二类型结构，其中每类结构又因站房出站层的观赏作用分别设计的截面形状为长方形和椭圆形两种形状，且墩帽1m下均为流线喇叭状，故也可称其为“花瓶”型。又因为桥墩的美观要求，支模时不得采用对拉螺栓。故根据混凝土的侧压力和无螺栓支模，特作如下设计。

二、模板设计与计算

1、材料选择及要求。

①采用“U”形（含喇叭形：正立面流线长6m至上口，侧立面流线长2m至上口）；

②模板尺寸：共分七段，高分别为2.1m、2m、1m；宽分别为b×2+侧面宽（+9.10m上的两段，“U”形模宽为±0.00m处的b×2+侧面宽，正面两边中间添加一块宽2.9m的矩形模）。

③考虑长方形四角的45o直边转化成流线型，故横肋采用14mm及12mm厚×100mm高的扁钢，主要用于拐角定型。14mm厚扁钢均用于模板上下接口边，而12mm厚扁钢均用于模板内横肋，间距400mm。

④竖肋采用[10槽钢，间距400mm。

⑤横面板采用6mm厚钢板。

⑥要求竖横肋间距的焊缝饱满，肋与横面板的焊接牢固可靠。

2、模板分段（块）简图（图1.a，b）

3、设计计算。

考虑混凝土掺减水剂，故K=1.2；并考虑流线形侧模的压力最大。则：

①荷载组合：

a.使用内部振捣器，浇筑速度在1m/h内，其算式Pm=K•γ•h

设广州市的平均气温为28℃，则=0.036>0.035

h=1.53+3.8=1.53+3.8×0.036=1.67

所以 Pm1=1.2×24×1.67=48.1KPa

b.泵送混凝土时，其计算式Pm=4.6•

Pm2=4.6×=5.23KPa

c.流线形模板外倾α>55o，则Pm=K•r•h，但考虑浇筑2m以上时，已过去2小时，底层混凝土已初凝，侧压力减弱或消失，故仅取h=2.5m计算：

Pm3=1.2×24×2.5=72KPa

d.倾倒混凝土的压力：  4KPa

由以上c条就不考虑a条，故

Pmmax=5.23+72+4=81.23KPa

②不考虑荷载效应组合，统一按1.3倍安全系数：

Pmmax =81.23×1.3=105.6KPa

③“U”型模结构简图：（图2）

④结构计算图式

横面板：

按支承于相邻四周横、竖肋之上受均布荷载的板，见图3.a，

当>2时，为单向板（简支板）

当<2时，为双向板（四边简支）

竖、横肋：简化为支承在相邻竖肋

上的受均布荷载的简支梁，见图3.b；

⑤横面板计算：

已知Pmmax=81.23KPa

计算跨径：

Ly=400mm=40cm

Lz=400mm=40cm

则40/40=1

按Mx值最大考虑，计算跨径L0=40cm

板宽取0.4m计，则：

q=81.23×0.4=32.49KN/m

Mmax=0.0368×32.49×0.42=0.191KN•m

W=•b•h2=×40×0.62=2.4cm3

σmax==0.191/2.4×10-3=79.58MPa<[σw]=181MPa

fmax==32.49×404/128×2.1×106×（40×0.63÷12）=0.258cm=2.58mm<3mm

满足要求。

⑥横肋的计算

横肋采用12mm厚，高100mm扁钢，间距40cm，按简支均布荷载计算，

Mmax=×32.49×0.42=0.65KN•m

W=•b•h2=×10×1.22=2.4cm3

σmax==0.65/2.4×10-3=270.83MPa<[σw]=181MPa

fmax==32.49×404/128×2.1×106×（10×1.23÷12）=0.215cm=2.15mm<3mm

强度虽不够，但考虑竖肋为[10槽钢，可行。

⑦竖肋的计算：（弯矩同横肋）

由[10槽钢的截面特征有：

Ix=198.3cm4

Wx=39.7cm3

σmax==0.65/39.7×10-3=16.37MPa<[σw]=181MPa

fmax==32.49×404/128×2.1×106×198.3=0.0016cm=0.016mm 

远远小于规范要求。

故，横、竖肋综合起来，完全满足要求。

三、桁梁式横杆箍设计与计算

1、材料选择及要求

①利用墩模的竖肋作为竖杆，横杆箍采用2×[20a槽钢为上弦，将开口部位双拼合拢焊固做上弦主梁杆。

②腹杆（斜杆、竖杆）采用2×[10槽钢，下弦采用2×[12槽钢，与上弦杆外边平面平整焊接成桁梁。正好中间有一条缝隙>30mm。

③桁梁式横杆箍加工简图（图4）

④横杆箍间距80cm（实际净距60cm）。

⑤四角采用φ25光圆螺杆，穿过横杆箍螺栓座，螺帽拧紧。螺杆在四角成45o斜拉扣紧相邻横竖桁架，采用L180×180×12角钢，l=200mm。

⑥剖面放大样图5：

2、内力计算：

取光面的横杆箍计算，由于模板在中部为螺栓连接，所以将此点当作混凝土的集中侧压力；因为横杆箍间距为80cm，所以，

PN中=81.23×0.8×7.7/2=250.19KN

计算跨径：Lo=702cm

计算简图如图6：

两端拉力，由侧立面混凝土的侧压力产生：

Pl=81.23/2×0.8×2.8=90.98KN

对称横杆梁作用时内力计算（简图及节点号见图6）

=141.7cm

sinα=800/1417=0.565

cosα=1170/1417=0.826

R=（250.19+250.19）/2=250.19KN

节点1： ∑Y=0   D1=R/sinα=250.19/0.565=442.81KN

∑X=0   O1=-D1 cosα+90.98=-274.77KN

节点2： ∑Y=0   D2=-D1=-442.81KN

∑X=0   V1=D1cosα-D2cosα=2×442.81×0.826=731.52KN

节点3   ∑Y=0   D3=PN/sinα+D2=250.19/0.565-442.81=0

∑X=0   O2=O1+D2cosα=-274.77-442.81×0.826=-0.53KN

PN作用于V2杆的下端，则V2=250.19KN

①上弦杆件：（构件属b类截面）

N=-0.53KN    lox=117cm    loy=80cm

选用“[]”200×7a型双拼焊槽钢，A=57.66cm2 ix=15.72cm  iy=4.22cm

λx=117/15.72=7.44       λy=80/4.22=18.96

查表《钢结构设计与计算》中c-2得φ=0.973

N/φA=（0.53×103）/（0.973×57.66×102）=114N/mm2②下弦杆件：

N=731.52KN    

选用“[]”126×5.5型双拼焊槽钢，

A=15.69×2=31.38cm2 ix=4.953×2=9.96cm  iy=1.567×2=3.13cm

λx=117/9.96=7.44       λy=60/3.13=19.17（取此大值）

查表《钢结构设计与计算》中c-2得φ=0.973

N/φA=（731.52×103）/（0.973×31.38×102）=239N/mm2>f=215N/mm2（略大）

③斜腹杆件：

N=442.81KN    

选用“[]”100×5.3型双拼焊槽钢，

A=12.74×2=25.48cm2 ix=3.95×2=7.8cm  iy=1.41×2=2.82cm

λx=141.7/7.8=7.44       λy=141.7/2.82=50.2（取此大值）

查表《钢结构设计与计算》中c-2得φ=0.856

N/φA=（442.81×103）/（0.856×25.48×102）=203N/mm2其他略，且横杆箍同意按此选材加工。