箱梁受力分析講解

1、預(yù)制箱型梁模板受力分析2011-04-24一、工程概況中鐵隧道局 * 高速，箱梁長度分為 25、30、40 米。我公司對該模板進 行了受力驗算。二、設(shè)計標準及規(guī)范1、公路工程技術(shù)標準2、公路橋涵工技術(shù)規(guī)范3、公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范4、現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)模板工程設(shè)計計算 5，預(yù)制混凝土構(gòu)件鋼模板6，大模板設(shè)計手冊三、主要材料及其機器1，鋼板、采用 5mmQ23鋼5 材。2，槽鋼、縱向加肋采用 8 號槽鋼。3，槽鋼、橫向加肋采用 12 號槽鋼。4，焊條、面板采用 3.2mm焊條。5，焊條、支架采用 4.0mm焊條。6，磨光機片、采用三號耐磨磨光機片。7，剪板機、不得低于 5000N的

2、剪板機。8、折彎機、能夠把 8mmQ23鋼5 板折成一定角度。9、鉆床、一臺 50 鉆床。10、丙烷氣割，電焊機，磨光機四、設(shè)計要點 ;1、焊接強度，一級焊接強度，焊縫不得小于 3 條。2、面板光滑度，二級光滑平面，面板平整度寬度為2mm，深度為 0.5mm。不能有裂縫、分層等缺陷。3、鋼模骨架節(jié)點處必須焊滿；面板與骨架接觸處不得少于總縫長度的40.4、拆裝方便，質(zhì)量輕，耐用。5、必須保證混凝土構(gòu)件順利脫模，且不損壞構(gòu)件。6、鋼模板工作面上的焊縫應(yīng)該磨平，接口平面之間及其磨平后的焊縫與板面之間的高低差不得大于 0.5mm。7、鋼模板在制作過程中，應(yīng)采用減少焊接變形的有效措施。8、鋼模板組裝完畢

3、后，模板工作面的最大縫隙不得大于 1mm。9、易于托運，方便吊裝五、箱梁的一般構(gòu)造圖及其作用40米箱梁邊梁示意圖； 此圖是 40米邊梁主視圖：此邊梁模板要打的混凝土是 橋梁的邊端，位于橋面的最外沿，邊梁模板的面板使用的是5mm厚的 Q235鋼板，橫向支撐采用的是 8號熱軋槽鋼，縱向支撐采用 12 號熱軋槽鋼，圖中顯示的變徑 部分是為了方便混凝土脫模，減小混凝土對面板的吸附力，此邊梁和中梁的一部 分組成橋梁的邊梁中跨，此外，為了運輸方便，以及拆裝方便，邊梁共有12 處法蘭，共分為 13 塊，最長模板為 4.5 米，最大起吊重量約為 1.5 噸，下面是 40 米 邊梁的一般構(gòu)造圖及其截面示意圖：4

4、0 米箱梁邊梁截面示意圖； 圖中的標有 14cm的連接件，是為了讓垂直的兩根12 號槽鋼很好的連接到一起，連接件上有兩個 18 螺栓孔，這樣從連接件處就可 以斷開，這樣做的目的還是為了裝車方便，易于拆模。邊梁法蘭圖樣及其尺寸法蘭采用 14mm厚鋼板制作；首先用剪板機把鋼板剪成12 厘米寬的小條子，然后根據(jù)邊梁的兩個截面制作成形法蘭。制作成形后再加工 鉆孔，這樣兩節(jié)模板就可以通過法蘭連接起來。圖形如下：40米箱梁中梁示意圖； 此圖為 40米中梁主視圖，此中梁模板和上面介紹的邊梁模板組成了箱梁的邊梁中跨，圖中有顯示箱口，圖中的箱口代表箱梁橫隔梁， 為了方便混凝土打成以后順利脫模，上下箱口尺寸不同，

5、內(nèi)外箱口尺寸也不相同，上箱口的尺寸為 25cm，下箱口尺寸為 20cm，外箱口尺寸為 24cm，內(nèi)箱口尺寸為 20cm，除尺寸大小不同外在上箱口與面板連接處采用倒角連接，這樣設(shè)計的目的 也是為了脫模，減小混凝土對模板的吸附力，下箱口設(shè)計成活的用角鋼和螺絲和 箱體連接，拆除模板時方便簡潔，箱口中心線處設(shè)有小法蘭片，起連接作用，注 意一提的是中梁與邊梁的縱向支撐的位置必須相同，誤差不能太大，因為模板完 成拼裝后，要要用對拉絲桿連接，縱向支撐位置太大，會導(dǎo)致絲桿受力不均，最 終導(dǎo)致模板變形。中梁共有一個截面；圖中的標有 14cm的連接件，是為了讓垂直的兩根 12 號 槽鋼很好的連接到一起， 連接件上

6、有兩個 18 螺栓孔，這樣從連接件處就可以斷開， 這樣做的目的還是為了裝車方便，易于拆模。以下圖形顯示：12 厘40 米中梁法蘭；法蘭采用 14mm厚鋼板制作；首先用剪板機把鋼板剪成 米寬的小條子，然后根據(jù)中梁的兩個截面制作成形法蘭。制作成形后再加工鉆孔， 這樣兩節(jié)模板就可以通過法蘭連接起來，圖形如下：六、強度、剛度計算1. 新澆砼對模板側(cè)壓力P= krhP為新澆砼對模板最大側(cè)壓力 (K pa)h 有效壓頭高度 (m)V 砼澆筑速度 (h/ h)T 砼入模時 (C ) 砼容量 (K N/ m3)K 外加劑影響修正系數(shù) 實際:V/ T= 01148 01035K= 112V = 410m/ h

7、T= 27 C H = 1135 + 318V/ T= 119m= 24K N/ m3據(jù)王華謙主編橋梁施工 （中國鐵道出版社 ） , 新澆砼對模板最大側(cè)壓力可 取 50 K pa , 與本計算相符。2. 振搗時砼產(chǎn)生的荷載 , 取 410 K pa （ 作用在有效壓頭高度內(nèi) ） 。3. 綜 1121 砼澆筑時對側(cè)模壓力如下圖；如圖: q1 = 37 . 21K N/ m , q2 = 39 . 931K N/ m ,q3 = 2 . 72K N/ m ,求 (1) Mmax(2) 支座反力 RA , RB , RC(3) Qmax 、查簡明建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊 ( 位移法 ) 疊加固端彎矩MB =

8、qC/ql= (12b 2l - 4b 3+ ac2) qbc37.21 1.1 2 3 3 2M CA 2 (120.7521.42 4 0.7530.6731.12)CA 8 1.42237.21 1.1 0.75 8.60KN / mq q3 (q2 q3) 1.7 2.72 (39.93 37.21) 1.7 36.01KN /m1.9 1.936.01 0.2 2 3 3 2M CA 2 (120.121.42 4 0.131.3230.22)CA 8 1.42236.01 0.2 0.1 0.622KN /mM CA 3.92 02.2 (18 0.132 1.42 6 0.133

9、 1.29 0.22 2 0.2 )8 1.422453.92 0.2 0.1320.043KN / mAC段： Mca=8.60+0.622+0.043=9.265KN/mCB段：M CBI2.72 1.7 2 3 22 (12 0.852 1.8 4 0.853 0.95 1.72 ) 2.72 1.7 0.85 8 1.821.095KN /m33.29 1.7 2 3 3 2M CB 2 (180.567 21.8 6 0.56731.23331.7224 1.8221.233 1.722 1.74533.29 1.7 0.56727.507KN .mM CB 1.095 7.507

10、9.412KN.m各桿剛度相對值計算：設(shè) EI0 = 1 則 ；3iCA3EI0AC3 2.111.423i3EI0Icb1.81.67再疊加固端彎矩，可列出桿端彎矩：M CA3iCACM CA2.11 C9.265M CB3iCACM CB1.67 C9.412由 M CA M CB 0,求得 3.78 C 0.147 0 C 0.039所以 Mca=9.347KN/m Mcb=-9.347KN/m求支座反力 M C 01 2 1 2.72 1.7236.29 1.7 0.567 9.347 RB 1.82 2 BRB 5.904KN .mM C 01RC 1.42 9.347 37.21

11、1.1 0.75 36.01 0.2 0.1 3.93 0.2 0.13 2求得RA 15.579KN .m1.9所以 RC 37.21 1.1 (39.93 2.72) 5.904 15.579 59.965KN20.6141 0.6141.10.421X36.01 X 2.72 5.904 2 1.79.476 x 2 2.72x 5.904 02.72 2.722 2 9.476 5.904x2 9.476+Qmax=27.017KN-Qmax=32.948KN-Mmax=9.347KN.m36.01 0.66 12.510.9M 15.579 (0.12 0.42) 1 37.21 0

12、.422 5.13KN .m2M 5.904 (0.66 0.1) 1 2.72 0.662 1 12.51 0.66 0.66 0.66 2.986KN .m 2 2 3M MAX 5.13KN .mMK0.54 0.881.420.33在最大正彎矩 MMAX加單位力 K=1,根據(jù)撓度：M p M k ds 可將 Mp 圖分解為一個三角形、一個三次拋物線、一二次拋物線，疊加圖乘面得如下12 MpM kds12 0.122 0.12 1.8 0.33 E 2 23 0.5440.88 ( 1.3 0.12)51 (1.87 9.347) (1.43 0.12)40.882 1 2 0.2 0.

13、550.33 32 (81 37.21 1.12 ) 1.1 0.2 0.55 0.300.88(0.00548 0.355 1.1611875 0.34995)max9.347KN.m109.34761.7 10 6M 3151.5MPa圖中鋼容許應(yīng)力值為 170MPa，相對應(yīng)的安全系數(shù)是 1.4. 故強度滿足使用要求。實 際上，中拉桿上、下的支撐能顯著降低中拉桿處的負彎矩。鋼板計算：取沿梁長 1m，考慮其連續(xù)梁性質(zhì)：bh3121 1.0 0.0063 m3 1.8 10 8m412pl101 2 254.72KN /m 0.42m2 0.876KN .m10bhu0 61 2 2 6 31

14、.0m 0.006 m 6 10 m6M 0.876KN .mW 6 10 6 m3146MPa據(jù) 146MPa 滿足使用；pl4 0.876KN /m 0.44m45 6 2 8 4128EI 128 2.1 105 106N/m2 1.8 10 8m44.6 10 5 m6 毫米鋼板，故撓度滿足使用要求 根據(jù)以上計算結(jié)果，以及已用模板的使用經(jīng)驗，最后確定使用面板為 縱向加肋使用 8號槽鋼，支撐鋼架采用 12 號槽鋼。 檢驗結(jié)果如下：M 0.10ql 2 0.10 51.3 3002 461.7 103 N .mmMbh 23W 3084mm W6461.7 103 /3084 149.7

15、215N /mm2215N/mm2 為 Q235鋼材的強度設(shè)計值，經(jīng)過驗算可以使用。七、鋼模板的撓度驗算4 4 50.677q2l 4 /(100EI ) 0.677 51.3 3004 /(100 2.06 105 7593)1.43 1.5mm111.5mm為鋼模板面板容許的最大變形值，由此可以看出符合設(shè)計要求 槽鋼的驗算根據(jù)經(jīng)驗及其以上計算可以肯定符合使用要求。 加肋強度及其撓度的驗算： 荷載（每兩根縱向加肋 之間的距離最大不超過 30厘米，所以我就以最大 縱向加肋距離驗算q F3 h 0.0684 300 20.52N /mm強度驗算根據(jù)建筑模板設(shè)計表查的Wx 25.3 103 mm3

16、44Ix 101 104 mm4maxx Wx0.125 20.52 137021.0 25.3 10322110.3N / .mm2 215N /mm2撓度驗算；懸臂部分撓度q2 F h 0.05 300 15N/mmVmax4q2a8EIX15 40048 2.06 105 101 1040.230mmva5004000.8mm500Vmax v跨中部分撓度40010000.40Vmaxq2l384EI2(5 24 2 )Vmax415 100045384 2.06 105 101 102(5 24 0.402 )1.98mm10005005002.00m m豎向主梁計算q Fl式中 l豎

17、向主梁間距12F模板板面的側(cè)壓力（ N/mm2）荷載： q1 Fl 0.0684 5000 350N /mm1.4q2 350 120N /mm2 2.1強度驗算用彎矩分配法及其疊加法求得：Mmax MB0 9.15 106N /mm M 0A 5.73 106 N mmM AB 4.27 106 N mmM BC 8.34 106 N mm豎向主梁按 8 號槽鋼計算：Ix 202 104 mm4Wx 50.6 103 mm3，maxmaxXWx69.15 1061.0 50.6 103180.83 f 215N/mm2故滿足要求撓度驗算q1 Fl 0.05 5000 250N /mm2q2

18、250 23 170N /mmv max 0.00239 q2l2 1.01 vEI x所以撓度符合要求均上所述，面板可以采用 5mm鋼板，橫向加肋采用 8 號槽鋼即可，縱向加肋采用 12號槽鋼。為了模板能夠在預(yù)制混凝土的臺架上站立穩(wěn)當， 我在 12號槽鋼上連接 一個鋼腳架，這樣可以有足夠的接觸截面支撐模板。八、吊環(huán)的設(shè)計及其應(yīng)用 根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定，吊環(huán)應(yīng)采用 1 級鋼材制作，嚴禁使用冷 加工，吊環(huán)計算拉應(yīng)力不應(yīng)該在于 50/mm2. 所以吊環(huán)截面積計算如下：pxpx2 50 100131.3式中 An 吊環(huán)凈截面面積（ mm2）；Px吊裝時吊環(huán)所承受的大模板自重載荷設(shè)計值，并乘以動

19、載系數(shù)An=0.13 0.12=1.56 103現(xiàn)在假設(shè)起吊模板的最大重量為 2000kg，此時：1.3 5.02 50 40.81 10 3所以從上面可以看出設(shè)計值 An 符合設(shè)計要求 吊環(huán)如圖所示：吊裝時用 2個吊環(huán)（最好是 4個）起吊 12 號槽鋼，這樣模板起吊時平衡性較 好，吊環(huán)的吊柄上有兩個直徑為 30 的孔，是為了方便用鋼絲繩或者圓鋼插入，根 據(jù)經(jīng)驗已知這個孔足夠大，可以供吊裝時使用。九、對拉絲桿的計算 上面講到在每個縱向支撐的上面有一個孔，此孔的作用就是為了讓對拉絲桿 把中梁邊梁模板連接到一起，并且保證使?jié)沧⒒炷習r，模板受力均勻，保證側(cè) 模的設(shè)計要求和整體性。一般采用 22 的

20、圓鋼最為絲桿的下料基礎(chǔ)，下面是受力 分析：對拉絲桿應(yīng)該按照下列公式計算：N abFS14Ntb Anf tbNtb N上述式子中 N 對拉絲桿最大軸力設(shè)計值；N tb對拉絲桿軸力拉力設(shè)計值 a對拉絲桿橫向間距； b對拉絲桿縱向間距； Fs現(xiàn)澆混凝土對側(cè)模板的上的側(cè)壓力設(shè)計值； An對拉絲桿靜截面面積； f tb 絲桿抗拉強度設(shè)計值， 上面我們已經(jīng)計算過混凝土對側(cè)模板的壓力設(shè)計值，為了計算方便我們?nèi)?60KN/m2.N=1.80 0.5 60=54000NAnf=1520 170=25840054000N絲桿直徑（ mm）凈截面面積重量（ N/m）軸向拉力設(shè)計值1676015.824.51816

21、536.736.7221520120.676.3十、振動器的使用振動器是利用激振裝置產(chǎn)生振動 , 并將振動通過預(yù)制模板傳給混凝土使其密 實的設(shè)備。混凝土振動器工作時 , 使混凝土內(nèi)部顆粒之間的內(nèi)摩擦力和黏著力急劇 減小, 混凝土呈重質(zhì)液體狀態(tài) ,骨料相互滑動并重新排列 ,骨料之間的空隙被砂漿 填充,氣泡被擠出 ,從而達到密實的效果。最早出現(xiàn)的振動器是風動柱塞式 ,繼之生 產(chǎn)電動偏心式。 20世紀 30年代有了行星滾錐高頻振動原理 ; 20 世紀 50年代末, 電動行星滾錐型高頻插入式振動器得到普及。振動器按工作方式分為插入式 （內(nèi)部） 、附著式（外部）和平板式（表面）; 按動 力分為電動式、風

22、動式、氣動式、內(nèi)燃式和液壓式 ; 按振動頻率分為中頻、高頻和 復(fù)頻式; 按激振原理分為偏心式、行星式、往復(fù)式和電磁式等。振動器的基本技術(shù) 參數(shù)是: 振動頻率、振幅、激振力和結(jié)構(gòu)尺寸。近年來 , 為了適應(yīng)混凝土材料和施 工方法變化的需要 , 新型結(jié)構(gòu)的振動器不斷問世。15選用振動器時 , 必須針對混凝土的性質(zhì)和施工條件 , 合理選擇振動器的振動參 數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸 , 才會達到理想的振動的效果。目前, 我國大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土 T型梁和箱梁預(yù)制生產(chǎn)過程中 , 使用電動振動 器的企業(yè)遠比使用氣動振動器的企業(yè)多 , 大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土 T梁和箱梁生產(chǎn)過程 中為保證模板組合安裝后，打混凝土時沒有氣泡，除用振

23、動棒在模板里面振搗外， 在模板外面每兩個支架之間安裝一個振動器底座，振動器底座形狀尺寸如下：十一、封錨端 在所有側(cè)模完成組裝以后，需要對模板兩端進行封錨，在模板結(jié)構(gòu)體系中叫 做端頭板，端頭板和箱梁一樣也有 2%的斜坡，在搭配使用的時候與側(cè)模間隙的配 合不能超過 1mm，端頭板封板兩側(cè)各有四個空，每個空的直徑為 80mm，這是預(yù)留 孔，里面是鋼絞線，鋼束直接從箱梁兩端露出，在澆注完混凝土后，施工人員用 千斤頂對里面的鋼束進行張拉，所以我們在圖中看到的一定角度的封錨底板，就 是為了容易張拉。使用的設(shè)備為“預(yù)應(yīng)力張拉錨固自動控制綜合測試儀”和預(yù)應(yīng) 力張拉裝置，將至少兩臺以上的綜合測試儀的計算機處理系

24、統(tǒng)相互聯(lián)接；分別用 預(yù)應(yīng)力張拉千斤頂夾持一片梁體一端的每一束鋼絞線中的一根鋼絞線，設(shè)定張拉16力控制數(shù)據(jù)，即可進行張拉施工；按照以上方法依次對梁體一端的每束的其余鋼絞線進行張拉施工；按張拉先后次序檢測每根鋼絞線的預(yù)應(yīng)力，確定先后張拉影 響系數(shù)；修正張拉力設(shè)定值，然后，對同批梁體線進行張拉施工。具有以下優(yōu)點： 預(yù)應(yīng)力損失小而且傳遞充分，梁體變形均勻；能減小有害性變形和避免微裂紋的 產(chǎn)生，對梁體的傷害小，延長梁體的使用壽命；多頂同步、分級逐一施工，可避 免突發(fā)性事故發(fā)生。這就是端頭板的作用；下面就是端頭板的簡圖，尺寸在手繪 圖紙上顯示：十二、模板的安裝與拆除質(zhì)量檢驗要求1、一般規(guī)定模板及其支架應(yīng)根

25、據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、載荷大小、地基土類別、施 工設(shè)備和材料供應(yīng)等條件進行設(shè)計。模板及其支架應(yīng)該具有足夠的承載能力、剛 度和穩(wěn)定性，能可靠地承受澆注混凝土的重量、側(cè)壓力及其施工載荷。2、在澆筑混凝土之前，應(yīng)該對模板工程進行驗收。模板安裝和澆注混凝土時，應(yīng)對模板及其支架進行觀察和維護。發(fā)生異常 情況時，應(yīng)該按施工技術(shù)方案及時進行處理。3、模板及其支架拆除的順序及安全措施應(yīng)該按施工技術(shù)方案執(zhí)行。 下面介紹一下模板的安裝1、安裝現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的上層模板及其支架時，下層樓板應(yīng)具有上層荷載的承 受能力，或架設(shè)支架；上下層支架的立柱應(yīng)該對準并鋪設(shè)墊板。2、檢查數(shù)量：全數(shù)檢查173、檢驗方法：肉眼觀察4、模板安裝應(yīng)該滿足一下要求：（1）、模板的接縫不應(yīng)該漏漿；澆注混凝土前，模板表面適當?shù)乃⒁粚訚櫥?油/ ，保證沒有積水。（2）、模板與混凝土的接觸面應(yīng)該清理干凈，但是不得采用影響結(jié)構(gòu)性能或 者妨礙裝飾工程施工的隔離劑（3）、澆注混凝土前，模版內(nèi)的雜物應(yīng)該清理干凈。（4）、對清水混凝土工程及其裝飾混凝土工程，應(yīng)該使用能達到設(shè)計效果的 模板。檢查數(shù)量：全數(shù)檢查檢查方法：肉眼觀察5、模板的地坪、