大型桁架模板受力计算(最新版)

模板受力计算书

（胸墙模板）

单位工程：    锦州港第二港池集装箱码头二期工程    

计算内容：             胸墙模板计算               

编制单位：            主管：　　　　计算：　　　　

审批单位：            主管：　　　　校核：　　　　

锦州港第二港池集装箱码头二期工程

胸墙模板计算书

一、设计依据

1.中交第一航务工程勘察设计院图纸

2.《水运工程质量检验标准》JTS257-2008

3.《水运工程混凝土施工规范》JTJ268-96

4. 《组合钢模板技术规范》（GB50214－2001）

5. 《组合钢模板施工手册》

6. 《建筑施工计算手册》

7. 《港口工程模板参考图集》

二、设计说明

1、模板说明

在胸墙各片模板中，1#模板位于码头前沿侧，浇筑胸墙高度为3.15m，承受的侧压力最大，同时胸墙外伸部分的重量也由三角托架来承受，因此选取1#模板来进行计算。

1#模板大小尺寸为17.9m（长）×3.15m（高）。采用横连杆、竖桁架结构形式大型钢模板

面板结构采用安装公司统一的定型模板，板面为5mm钢板制作，背后为50×5竖肋。

内外横连杆采用单[10制作，间距为75cm；

桁架宽度为650cm，最大水平间距75cm，上弦杆采用背扣双[6.3，下弦杆为双∠50×50×5，腹杆为方管50×5。

2、计算项目

本模板计算的项目

⑴模板面板及小肋

⑵模板横连杆的验算。

⑶模板竖桁架的验算。

⑷模板支立的各杆件的验算。

模板计算

1、混凝土侧压力计算

混凝土对模板的最大侧压力：                      

Pmax = 8KS+24KtV1/2=8×2.0+24×1.33×0.57½=40.1kN/m² 

式中: Pmax——混凝土对模板的最大侧压力

Ks——外加剂影响系数，取2.0

Kt——温度校正系数   10℃时取Kt＝1.33

V ——混凝土浇筑速度50m3/h，取0.57m/h

砼坍落度取100mm

40.1+6×1.4=48.5 kN/m²取50KN/ m²

其中为倾倒砼所产生的水平动力荷载，取6kN/㎡×1.4=8.4kN/㎡。

2、板面和小肋验算

⑴板面强度验算

取1mm宽板条作为计算单元，计算单元均布荷载

q=0.05×1=0.05 N/mm 

5mm钢板参数：I=bh3/12=300×5×5×5/12=3125mm4

             ω= bh2/6=300×5×5/6=1250mm3

q=0.05×300=15 N/mm

σ=M/ω=0.078 ql2/ω=0.078×15×3002/1250=85 N/mm2＜[σ]=215 N/mm2

fmax=Kf×Fl4/B0=0.00247×0.05×3004/2358059=0.43mm＜300/500=0.6mm，

钢板满足要求

其中Kf为挠度计算系数，取0.00247

B0为板的刚度，B0=Eh3x/12(1-γ2)=2.06×105×53/12(1-0.32)=2358059

γ钢板的泊松系数，取0.3

h为钢板厚度，h=5mm

故面板的强度、刚度满足要求。

⑵板肋验算

50×5扁钢竖肋验算：               

(a)荷载   q=0.05×300＝15N/mm  

(a)强度验算

Mmax=ql2/8=15×3002×1/8=168750 N·mm

W=5×502×1/6=2083.3mm3

σmax=Mmax/w=168750/2083.3=81 N/mm2 <[f]=215 N/mm2

(c)挠度验算

fmax=0.4ql4/100EI=12×0.4×15×3004/100×2.06×105×5×503

=0.08 mm < 300/500 =0.6 mm

满足要求。

3、横连杆[10验算

(a)线荷载q，=q·h =0.05×750=37.5 N/mm。

 (b)强度验算

   查表得[100×48×5.3

         Wx=39.7×103 mm3  

         Ix=198×104 mm4

   σmax=Mmax/rx·Wx=0.125×37.5×7502/1.0×39.7×103

                   =67 N/mm2 < f =215 N/mm2

满足要求。

(c)挠度验算

   fmax=0.4ql4/100EI=0.4×37.5×7504/100×2.06×105×198×104

=0.19mm <750/500= 1.5mm

满足要求。

5、竖桁架验算

竖桁架高度为65cm，最大间距75cm，由[10传导至竖桁架节点处得集中力F。桁架图示发如下

                           模板桁架结构图

将板面传来的均匀荷载转化为节点受力，各杆件受力见图如下,其中拉杆为负值

(a)竖桁架强度验算

桁架上弦杆材料2[6.3，W=32.246cm3，S=1688.8 mm2;

腹杆为方管50×5，W=15.6cm3, S=960 mm2;

下弦杆为双∠50×50×5， W=15.6cm3, S=960mm2

F=0.05×750×750=29×103 N

上弦杆最大内力1.73F，压应力

σmax=29×103×1.73/1688.8=30N/mm2<[σ]=170 N/mm2

下弦杆最大内力2.31P，拉应力

σmax=29×103×2.31/960=70N/mm2<[σ]=170 N/mm2

腹杆最大内力2.28P，压应力

σmax=29×103×2.28/960=69N/mm2<[σ]=170 N/mm2

满足要求。

（b）桁架整体刚度验算

桁架挠度近似的按几个集中荷载作用下简支梁的最大挠度公式进行验算

fmax=(5n4+2n2+1)Fl3/(384n3EI)

n=5；

F=29KN；

l＝3550mm；

I=2×[11.8×104+1688.8×(750/2-15.2)2]=4.37×108mm4,E=2.06×105N/mm2；

fmax=(5×54+2×52+1)×29000×35503/(384×53×206000×4.37×108)=0.12mm

＜[f]=3200/1000= 3.2mm

经计算桁架单跨强度和挠度均满足要求。

6、模板拉杆

1、三脚架螺栓连接计算

三脚架采用M24螺栓与沉箱内预留圆台螺母连接，M24螺栓间距为75cm，每段胸墙有23个螺栓。M24螺栓同时承受拉力和剪力，桁架上的施工荷载按P2=2KN/m2计算，每段胸墙有24个桁架，胸墙前模自重G=120KN。

螺栓承受的剪力：Nv=(120＋2×0.46×17.5)÷23=5.92KN

螺栓受剪承载力设计值：Nbv= Ae fbv=353×140×10-3=49.42KN

螺栓承受的拉力：Nt=RD×24÷23=50×24÷23=52.2 KN

螺栓受拉承载力设计值：Nbt=Ae fbt=353×170×10-3=60.01 KN

[(Nv/ Nbv)2＋(Nt/ Nbt)2]1/2=[(5.92÷49.42)2＋(52.2÷60.01)2]1/2=0.88<1

螺栓强度满足要求

2、顶拉杆计算和顶口预埋件焊缝计算

2.1顶口对拉杆的水平间距为2000mm，以后侧模板压力计算如下：

P’max = 8KS+24KtV1/2=8×2.0+24×1.33×0.57½=40.1kN/m² 

式中: Pmax——混凝土对模板的最大侧压力

Ks——外加剂影响系数，取2.0

Kt——温度校正系数   10℃时取Kt＝1.33

V ——混凝土浇筑速度50m3/h，取0.57m/h

砼坍落度取100mm

19.3+6×1.4=48.5 kN/m² 

24×1.6+6×1.4=46.8 kN/m²

两者取小值P侧=46.8 kN/m²，取47 kN/m²

压力图形如下：

根据压力图形可求出

单个顶拉杆受的拉力F1=50*1.62/6*2m=42.7kN(间距2m)

单个预埋件所受的力F2=50*1.62/3*3m=128kN（间距3m）

顶拉杆螺栓的拉应力：

=42700/（3.14×252/4）=87 N/mm2<170 N/mm2，顶拉杆满足要求。

   2.2 预埋件焊缝计算

侧面角焊接：

=160N/mm2

        =

hf——为焊脚尺寸，l——为焊缝长度

角焊接焊脚尺寸取8mm

则可求得：l≥159mm，取16cm。

3、抗倾覆拉杆计算

胸墙前模防倾拉杆为M24螺栓，与模板成40°倾斜。拉杆底口与沉箱内预留预埋件焊接加固，采用双面搭接焊，搭接长度不小于13cm。

产生模板倾覆的作用力有：1）模板自重，简称P自倾    2）后模底部以下混凝土产生的不平衡的侧压力和倾倒混凝土时产生的水平动力荷载，两者和二为一简称P外倾。模板计算简图见图10。

先求得模板的重心：yc=32.5cm

3.1当若斜拉杆间距为1.5m时:

每根对拉处的P自倾=120 KN÷17.5m×1.5m=10.3 KN

P外倾对C点的弯矩M1=75×1.072/2+75/2×2.08×(1.07m+2.08/3m)=180 KN*m

顶口对拉杆的竖直线荷载f1=F1/2=21.4KN/m

砼侧压力的竖直线荷载q=Pmax*1.5=75KN/m

由ΣMC=10.3×0.325+180-f1×1.5×3.15-P抗倾×sin40o×3.15=0，

求得防倾拉杆承受的拉力：P抗倾=40.6 KN

防倾拉杆截面积极限值：A=Nbt/fbt=40.6/170×10-3=238 mm2∴M24螺杆满足要求。

3.2当间距为2.25m时

每根对拉处的P自倾=120 KN÷17.5m×2.25m=15.5 KN

P外倾对C点的弯矩M1=113×1.072/2+113/2×2.08×(1.07m+2.08/3m)=270 KN*m

顶口对拉杆的水平线荷载f1=F1/2=21.4KN/m

砼侧压力的水平线荷载q=Pmax*2.25=113KN/m

由ΣMC=15.5×0.325+270-f1×2.25×3.15-P抗倾×sin40o×3.15=0，

求得防倾拉杆承受的拉力：P抗倾=61 KN

防倾拉杆截面积极限值：A=Nbt/fbt=61/170×10-3=359 mm2>M24有效截面积Ae=353 mm2,不满足要求。

∴斜拉杆选用M24螺杆，且间距为1.5m时满足要求。

7.吊点验算

7.1模板吊环验算

模板采用四点吊，荷载按照两点吊计算，1#模板重120KN，吊点单独设计，其余模板重量不超过60KN取吊环直径为25mm。

安全荷重量为：

Q1=π×（25/2）2×6×210 /5=123.6KN<60KN

满足要求。

7.2卡环计算

1#模板卡环配套钢丝绳采用M62型，经查表得单个安全荷重为160KN，其余模板采用M42型，经查表得单个安全荷重为68KN。

满足要求。

7.3 钢丝绳验算

钢丝绳采用φ36.5mm、6×37芯，经查表6-1钢丝破断拉力总和为705KN，又查表6-2，换算系数а=0.82，取安全系数K=6，模板起吊及拆除时，两端绳头夹角不大于90°。

安全荷重量为：

Q2=705KN×2×cos45°×0.82/6=136.3KN<120KN

满足要求。

8、焊缝要求

桁架模板的顶口、底口拉杆均作用在桁架内侧弦杆上，而桁架为整体受力结构，故桁架制作时所有连接焊缝为影响模板整体结构安全的控制点，要求桁架制作时连接焊缝高度不得小于8mm。

由于模板制作采用的钢材都为Q235钢，所以焊条一律采用E43型焊条。施工人员在施工时一定要保证焊缝高度、焊缝长度，并且要杜绝焊缝缺陷，避免裂纹、焊瘤、烧穿、弧坑、气孔、夹渣、咬边、未融合、未焊透等焊缝缺陷的产生。

附表：模板重量计算表