引滦输水混凝土暗涵箱体模板设计验算

朱 雷 齐德海

本文主要对天津市引滦入津水源保护工程中暗渠穿越CY形箱涵边墙模板结构中支撑钢楞及穿墙螺栓进行设计计算(见图1)。

1 荷载与荷载组合及模板结构刚度要求

1)各类荷载的编号见表1。

2)计算一般模板结构的荷载组合见表2。

3)模板结构的刚度要求。按照规范的规定,验算模板及支撑结构时,其最大变形值应符合下列要求:

a.对结构表面不做装修的外露模板,为模板构件计算跨度的1/400;b.对结构表面做装修的隐蔽模板,为模板构件计算跨度的1/250;c.支撑结构的压缩变形或弹性挠度,应小于相应结构跨度的1/1 000;d.组合钢模板结构的允许挠度,应符合规范的要求。

表1 荷载类别与编号

2 支撑钢楞计算

2.1 次钢楞的计算原则

1)次钢楞直接承受钢模板传递的多点集中荷载,为简化计算,通常按均布荷载计算。一般为两跨以上连续钢楞。当跨度不等时,按不等跨连续梁计算。2)主钢楞的间距l,即为次钢楞的计算跨度,一般为两跨以上连续钢楞。当跨度不等时,按不等跨连续梁计算。3)当钢楞带悬臂时,应同时验算悬臂端的抗弯强度和挠度。

表2 计算一般模板结构的荷载组合

2.2 主钢楞的计算原则

1)主钢楞承受次钢楞传递的集中荷载。2)拉杆的间距L,即主钢楞的计算跨度,根据实际情况可按连续梁、简支梁或悬臂梁分别进行抗弯强度与挠度验算。3)边墙比中墙厚,因此墙体模板结构设计计算时,对边墙墙体模板设计进行计算。

2.3 次钢楞验算

1)计算简图见图2。

2)荷载计算。新浇混凝土对模板侧面的压力标准值(F):采用内部振捣器时,新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力,按以下两式计算,并取最小值。

其中,F为新浇混凝土对模板的最大侧压力,kN/m2;γc为混凝土的重力密度,kN/m3;t0为新浇混凝土的初凝时间,h,可采用计算(T为混凝土的温度,℃);V为混凝土的浇筑速度,m/h;H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度,m;β1为外加剂影响修正系数,不掺外加剂时取1.0,掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2;β2为混凝土坍落度影响修正系数,当坍落度小于30 mm时取0.85,50 mm～90 mm时取1.0,110 mm～150 mm时取 1.15。

根据本工程基础数据,可以粗略的计算出新浇混凝土对模板侧面的压力标准值F=49.60 kN/m2;乘以恒荷载分项系数1.2,得到侧压力的设计值F1=59.52 kN/m2。

本工程混凝土浇筑采用泵送混凝土工艺,因此倾倒混凝土时,对垂直面模板产生的水平荷载标准值取2 kN/m2,乘以活荷载分项系数1.4,即可得到设计值 F2=2.8 kN/m2。

侧压力合计(F3)为 F1,F2之和,计算得62.32 kN/m2。所以次钢楞所承受的均布荷载q=bF3=15.58 kN/m。

3)强度验算。已知φ 48×3.0的圆钢管截面抵抗矩 W=4.49×103mm3。(f为Q235钢管抗弯强度设计值),满足强度要求。

4)挠度验算。挠度验算时,所采用的荷载查表2,得知仅采用新浇混凝土侧压力的标准荷载(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圆钢管的惯性矩 I=10.78×104mm4。弹性模量 E=2.06×105N/mm2。

2.4 主钢楞验算

1)计算简图见图3。

2)荷载计算。P为次钢楞支座最大反力(当次钢楞为连续梁端,已含反力为0.60qL,中跨反力为0.50qL,所以为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的圆钢管截面抵抗矩 W=2×4.49×103mm3=8.98×103mm3。

为此在墙体底部施工缝处采用P6015搭接,以上4层均采用P3015的模板,增加了穿墙螺栓,因此主钢楞不必再进行验算。

3 穿墙螺栓计算

暗渠工程穿墙螺栓采用两端套丝的圆钢螺栓。

模板穿墙螺栓计算公式如下:

其中,N为穿墙螺栓所承受拉力设计值。一般为混凝土的侧压力,kN/m2;An为穿墙螺栓净截面面积,mm2;f为穿墙螺栓抗拉强度设计值(穿墙螺栓 fbt=170 N/m2)。

暗渠工程中选用M16穿墙螺栓,验算强度过程如下:穿墙螺栓纵向间距为600 mm(底部为300 mm),横向间距750 mm,混凝土侧压力F=49.60 kN/m2。M16穿墙螺栓力学性能为:净面积144 mm2,容许拉力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,满足要求。

[1]杨嗣信.建筑工程模板施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[2]GB 50204-92,混凝土结构工程施工及验收规范[S].

[3]GBJ 214-89,组合钢模板技术规范[S].

[4]黄 刚.钢制组合大模板的设计及应用[J].山西建筑,2009,35(12):164-165.