江蘇豐潤模板·中渡長江大橋液壓自動爬模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計復核計算豐潤模板圖1.2-2上塔肢爬模布置平面圖1.3結(jié)構(gòu)計算復核的主要內(nèi)容本計算復核報告的主要內(nèi)容包括以下七點內(nèi)容：（1）計算混凝土按照1：18.5傾斜(下塔肢側(cè)仰爬面)角度傾斜后，混凝土的自重作用在架體上，架體各部件的強度、剛度，預埋件的強度是否足夠；（2）主平臺架穩(wěn)定性驗算；（3）主三角架穩(wěn)定性驗算；（4）主縱梁變形計算；（5）架體在風載下的抗風穩(wěn)定性驗算；（6）模板受力計算；（7）對于計算結(jié)果不滿足規(guī)范要求的桿件提出優(yōu)化建議。本次計算采用有限元方法計算模式。有限元計算方法計算模式按照1：18.5傾斜角斜爬，面寬6.527米，分層高度4.5米進行計算。1.4編制計算書遵守的規(guī)范和規(guī)程《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50017-2003）《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）《建筑施工計算手冊》江正榮編著《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50205-2001）《液壓爬升模板工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ195-2010）《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTGD06-2004）《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTGD62-2004《鋼結(jié)構(gòu)用高強度大六角頭螺栓》（GB/T1228-2006）《鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓連接技術(shù)規(guī)程》（JGJ82-2011）2液壓自爬升模板系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)2.1液壓自爬升模板系統(tǒng)基本參數(shù)（1）架體系統(tǒng)：架體支承跨度：≤6米（相鄰埋件點之間水平距離）；外架體高度：約13.5米；外架體寬度：主平臺2.70m，上平臺1.20米、下平臺2.2米，吊平臺1.20米；（2）液壓升降系統(tǒng)額定工作壓力：25MPa；油缸行程：400mm；伸出速度：外墻油缸380mm/min；(依配用的控制臺型號和頂升油缸的數(shù)量的多少其值略有所差別)頂升油缸額定推力：100kN；串聯(lián)雙油缸不同步差:≤20mm.（3）爬升機構(gòu)爬升機構(gòu)有自動導向、液壓升降、自動復位的鎖定機構(gòu)，能實現(xiàn)架體與導軌互爬的功能。2.2液壓自爬升模板系統(tǒng)計算參數(shù)（1）塔肢內(nèi)外墻液壓自爬模各操作平臺的設(shè)計施工荷載為:模板，澆筑，鋼筋綁扎工作平臺（即上平臺）最大允許承載4.0kN/m2爬升裝置工作平臺（即下平臺）最大允許承載1.0kN/m2模板后移及傾斜操作平臺（即主平臺）最大允許承載1.0kN/m2吊平臺最大允許承載1.0kN/m2（2）爬模整體提升，同一榀爬架提升機位間同步差控制在20mm以內(nèi)。（3）爬模的每根液壓缸的推力為100kN(即10t)。（4）自爬模爬升時，結(jié)構(gòu)砼抗壓強度不低于15Mpa，其軸心抗壓強度設(shè)計值按C15混凝土等級換算為7.2MPa。3液壓自爬升模板系統(tǒng)荷載計算3.1荷載計算核算部位的確定：按塔肢傾斜形狀，塔身內(nèi)側(cè)爬模工作狀態(tài)最為惡劣，如塔身內(nèi)側(cè)爬模滿足要求，其它面的爬模也必滿足要求，故只需計算內(nèi)側(cè)爬模是否滿足要求，內(nèi)側(cè)爬模系統(tǒng)由二個爬升機位組成。按澆筑施工程序，標準層澆筑高度4500mm，要求相應(yīng)削減因傾斜向上而收縮的模板寬度，最大的一塊模板為6.527mm，高度為4800mm，取最大面積為6.527x4.8=31.33平方米的模板來進行驗算。這塊模板重量最大，若它滿足設(shè)計要求，其它就都能滿足要求。以下按二個機位一起頂升這塊大模板來驗算其支撐能力。為確保液壓爬模架體的受力狀態(tài)充分滿足本工程的需要，塔肢的傾斜度按照1：18.5的斜度計算。該計算結(jié)果如能通過復核，在實際施工中液壓爬模安全系數(shù)將大幅提高。圖3.1順橋向內(nèi)側(cè)面爬模架體簡圖3.1.1恒載計算外爬架的恒載包括腳手板自重、模板自重、外架自重。（1）腳手板自重W1：由圖紙可知腳手板共分五層，上平臺1-2層長8米，寬1.2米，面積為：A=8×1.2=9.6m2主平臺長8米，寬2.7米,面積為：A=8×2.7=21.6m2下平臺-1層平臺長8米，寬2.2米,面積為：A=8×2.2=17.6m2吊平臺-2層平臺長8米，寬1.2米,面積為：A=8×1.2=9.6m2所以整個單面架子腳手板總面積：A1=9.6+9.6+21.6+17.6+9.6=68m2查木材比重：(含水率15%)為0.4-0.75t/m3,取平均值為0.57t/m3木板選用厚度為5cm的板材木板總重量為68×0.05×0.57=1.938t=19.38kN分攤到每個機位的木板重量為W1=19.38/2=9.69kN（2）模板的自重W2：模板標準重量為：72kg/m2，面積A=31.33m2(每平方模板含木梁四根共計25.6kg，[14a背楞兩根共計29.07kg，WISA面板14.81kg，小配件計2.5kg，以上合計72kg/m分攤到兩個機位上的重量:W2=72×31.33/2=1127.88kg=11.28kN（3）外架自重W3：每個機位爬模架自重(不含導軌和埋件支座及埋件總成)18kN，機位間聯(lián)系機構(gòu)(欄桿，剪刀撐，跳板支承等)為18.52kN(見下表)，所以：W3=18+18.52/2=27.26(kN)（4）單個機位的爬模自重合計W0：每個機位的永久荷載總重：W0=W1+W2+W3=9.69+11.28+27.26=48.23KN則每個機位的設(shè)計恒荷載為：W=W0×1.2=57.88kN（式中1.2為荷載分項系數(shù)）自重由程序自動加載表3.1.1橫橋向聯(lián)系結(jié)構(gòu)重量統(tǒng)計表名稱材料長度數(shù)量重量上架體橫桿φ48×3.58米10根307.3kg下架體橫桿φ48×3.58米7根215.1kg上平臺剪刀撐φ48×3.54.5米6根103.7kg下平臺剪刀撐φ48×3.53.8米6根87.6kg平臺護欄立桿φ48×3.51.6米15根92.2kg跳板支撐[148米9根1046.5kg合計1852.4kg=18.52kN3.1.2活載計算上平臺（鋼筋綁扎、混凝土澆筑平臺）最大承載：K上=4.0×8×1.2=38.4(kN)分配到每個節(jié)點的節(jié)點荷載為：K上節(jié)點=38.4/6=6.4(kN)主平臺（模板后移操作平臺）最大承載：K主=1.0×8×2.7=21.6(kN)分配到每個節(jié)點的節(jié)點荷載為：K主節(jié)點=21.6/6=3.6(kN)下平臺（爬模爬升操作平臺）最大承載：K下=1.0×8×2.2=17.6(kN)分配到每個節(jié)點的節(jié)點荷載為：K下節(jié)點=17.6/6=2.9(kN)吊平臺最大承載：K3=1.0×8×1.2=9.6(kN)吊平臺施工荷載不參與荷載效應(yīng)組合。3.1.3風荷載計算ωk=βgzμsμzωO式中:ωk風荷載標準值（KN/m2）βgz高度z處的陣風系數(shù)；查表《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）中表8.6.1地面按B類150m高空，βgz=1.47μs局部風壓的體型系數(shù)；背靠的橋墩全封閉，爬架自主平臺以下外掛密目網(wǎng)，主平臺以上外掛大眼網(wǎng)。擋風系數(shù)φ=1，因而風荷載的體形系數(shù)為1.0μz風壓高度變化系數(shù),地面按B類150m高空μz=2.25ωO基本風壓(kN/m2)，ωO=V02/1600（kN/m2）（1）施工工況按七級風載計算七級風最大風速：V0=17.1m/s，基本風壓：ωO=17.1*17.1/1600=0.18kN/㎡風荷載標準值：ωk=βgzμsμzωO=1.47*1*2.25*0.18=0.59kN/㎡上架體承受風載標準值：Fwh上=0.58*8*4.8=22.27kN上架體分配到每個節(jié)點上的荷載為：Q1=22.27/18=1.24KN下架體承受風載標準值：Fwh下=0.59*8*6=28.32kN下架體分配到每個節(jié)點上的荷載為：Q2=28.32/16=1.77KN（2）停工工況按九級風載計算九級風最大風速：V0=24.4m/s，基本風壓：ωO=24.4*24.4/1600=0.37kN/㎡風荷載標準值：ωk=βgzμsμzωO=1.47*1*2.25*0.37=1.22kN/㎡上架體承受風載標準值：Fwh上=1.22*8*4.8=46.8kN上架體分配到每個節(jié)點上的荷載為：Q1=46.8/18=2.6KN下架體承受風載標準值：Fwh下=1.22*8*6=58.56kN下架體分配到每個節(jié)點上的荷載為：Q2=58.56/16=3.66KN（3）風荷載加載如下：圖3.1.3風載在架體上的加載圖3.1.4混凝土壓力由于模板傾斜，新澆筑的混凝土對模板有豎向壓力，其值與混凝土的有效高度有關(guān)。對于本工程來說，三榀上桁架間最大承壓寬度為7m，斜度0.243m,因此：W=0.243×4.5/2×7×26/(4.507×3)=7.35kN/m加載如下:圖3.1.4砼澆筑對主背楞的加載圖3.2計算工況本報告共進行四種工況的驗算，分別為：（1）工況一：施工狀態(tài)（鋼筋綁扎施工狀態(tài)）荷載效應(yīng)組合為：1.2×結(jié)構(gòu)自重+0.9×[1.4×(上平臺荷載+主平臺荷載+風載)](風載按七級計算)（2）工況二：停工狀態(tài)（無作業(yè)施工狀態(tài)）荷載效應(yīng)組合為：1.2×結(jié)構(gòu)自重+1.4×風載(風載按九級計算)（3）工況三：爬升狀態(tài)荷載效應(yīng)組合為：1.2×結(jié)構(gòu)自重+0.9×[1.4×(下平臺荷載+風載)](風載按七級計算)（4）工況四：砼澆筑狀態(tài)荷載效應(yīng)組合為：1.2×結(jié)構(gòu)自重+0.9×[1.4×（風載+砼澆筑附加壓力）](風載按七級計算)4液壓自爬升模板系統(tǒng)的空間有限元仿真分析該爬模的計算簡圖如下圖所示。模型中共有9種截面類型，上架體4種，下架體4種，另外還有一種平臺橫梁截面，各種桿件的規(guī)格及相關(guān)參數(shù)見表4-1。根據(jù)這些截面，在Midas中建立如圖4-1、4-2所示的模型。圖4-1斜爬模的計算簡圖(桿件號相同者具有相同特性)圖4-2斜爬模的Midas模型表4-1各桿件規(guī)格及相關(guān)參數(shù)桿件號規(guī)格面積I/mm4回轉(zhuǎn)半徑/mm桿件最大長度長細比穩(wěn)定系數(shù)臨界應(yīng)力（MPa）1方管80×80×412161.17E+0631.1146047.00.87178.42][14a槽36561.12E+0755.3300054.30.835171.23圓管89×410681.17E+0629.8260086.40.645132.24][16a槽43401.72E+0762.993814.90.983201.55][18a槽50822.52E+0770.593813.30.987202.36圓管165×525138.05E+0656.6401570.90.751153.97][22a槽63004.75E+0786.8360041.50.895183.58方管100×100×415362.36E+0639.24015102.40.542111.19H型鋼200×200×8×1264284.77E+0786.1220025.50.951194.94.1工況一：施工狀態(tài)（鋼筋綁扎施工狀態(tài)）此工況荷載組合：1.2×結(jié)構(gòu)自重+0.9×[1.4×(上平臺荷載+主平臺荷載+風載)](風載按七級計算)圖4.1-1工況一的應(yīng)力圖（單位：N/mm2）從上圖可知，所有桿件最大拉應(yīng)力為82.4N/mm2，最大壓應(yīng)力為110.9N/mm2，均小于強度設(shè)計值[f]=205N/mm2，并且最大壓應(yīng)力小于各桿件臨界應(yīng)力，因此滿足要求。該工況下的變形如下圖所示。圖4.1-2工況一的變形圖（單位：mm）由上圖可知，該工況下最大豎向變形為4.9mm，最大橫向變形為11.5mm，滿足要求。該工況下的支座豎向最大反力為50.5kN，水平最大反力為39.6kN。4.2工況二：停工狀態(tài)（無作業(yè)施工狀態(tài)）此工況荷載組合：1.2×結(jié)構(gòu)自重+1.4×風載(風載按九級計算)經(jīng)Midas計算，得到各桿件應(yīng)力如圖所示。圖4.2-1工況二的應(yīng)力圖（單位：N/mm2）從上圖可知，所有桿件最大拉應(yīng)力為87.5N/mm2，最大壓應(yīng)力為111.9N/mm2，均小于強度設(shè)計值[f]=205N/mm2，因此滿足要求。各桿件應(yīng)力均小于臨界應(yīng)力，穩(wěn)定性滿足要求。該工況下的變形如下圖所示。圖4.2-2工況二的變形圖（單位：mm）由上圖可知，該工況下最大豎向變形為4.36mm，最大橫向變形為12.3mm，滿足要求。該工況下的支座豎向最大反力為42.7kN，水平最大反力為36.3kN。4.3工況三：爬升狀態(tài)此工況荷載組合：1.2×結(jié)構(gòu)自重+0.9×[1.4×(下架體荷載+風載)](風載按七級計算)經(jīng)Midas計算，得到各桿件應(yīng)力如圖所示。圖4.3-1工況三的應(yīng)力圖（單位：MPa）從上圖可知，所有桿件最大拉應(yīng)力為66N/mm2，最大壓應(yīng)力為112.89N/mm2，均小于強度設(shè)計值[f]=205N/mm2，因此滿足要求。各桿件應(yīng)力值均小于臨界應(yīng)力，穩(wěn)定性滿足要求。該工況下的變形如下圖所示。圖4.3-2工況三的變形圖（單位：mm）由上圖可知，該工況下最大豎向變形為8.54mm，最大橫向變形為13.9mm滿足要求。該工況下的支座豎向最大反力為50.3kN，水平最大反力為28.8kN。4.4工況四：澆筑狀態(tài)此工況荷載組合：1.2×結(jié)構(gòu)自重+0.9×[1.4×（風載+砼澆筑附加壓力）](風載按七級計算)經(jīng)Midas計算，得到各桿件應(yīng)力如圖所示。圖4.4-1工況四的應(yīng)力圖（單位：MPa）從上圖可知，所有桿件最大拉應(yīng)力為90.7N/mm2，最大壓應(yīng)力為119.5N/mm2，小于強度設(shè)計值[f]=205N/mm2，滿足要求。各桿件應(yīng)力值均小于臨界應(yīng)力，穩(wěn)定性滿足要求。該工況下的變形如下圖所示。圖4.4-2工況四的變形圖（單位：mm）由上圖可知，該工況下最大豎向變形為4.4mm，最大橫向變形為14.5mm，滿足要求。圖4.4-3工況四的支座受力圖（單位：N）該工況下的支座豎向最大反力為50.1kN，水平最大反力為45.7kN。5系統(tǒng)局部承載構(gòu)件的驗算5.1錨桿承載力驗算錨桿直徑為20mmIV級鋼筋，設(shè)計抗拉強度550MPa，抗拉能力：F＝3.14×102×550＝172.7KN＞Fid＝45.7/2=22.85KN，滿足要求。5.2混凝土沖切承載力驗算根據(jù)《液壓爬升模板工程技術(shù)規(guī)程》附錄B計算混凝土沖切承載力：F≤2..8（d+s-30）（s-30）ft式中：F承載螺栓所承受的軸力（N）；d預埋件錨固板直徑（mm），d=105mm；s錐形承載接頭埋入長度（mm），s=150mm；ft混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值（M/mm2），ft=0.91Mpa.計算：F=45.7/2=22.85KN≤2..8（d+s-30）（s-30）ft=2.8*（105+150-30）*（150-30）*0.91=75600N=75.6KN滿足要求。5.3混凝土局部受壓承載力驗算根據(jù)《液壓爬升模板工程技術(shù)規(guī)程》附錄B計算混凝土局部受壓承載力：F≤2.0a2fc式中：F承載螺栓所承受的軸力（N）；a承載螺栓的墊板尺寸（mm）；fc混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值，fc=7.2MpaF=45.7/2=22.85KN≤2.0a2fc=2.0*100*100*7.2/1000=144KN滿足要求。5.4受力螺栓扭矩計算高強螺栓須分兩次（即初擰和終擰）進行擰緊，終擰后進行扭矩值檢查。根據(jù)《建筑施工計算手冊》扭矩值可按下式計算：=1\*GB2⑴初擰扭矩值計算：TO=0.065PCd式中：TO高強螺栓的初擰扭矩（N·mm）；PC高強螺栓施工拉力（kN）；PC=P+△P=31.42kN；P高強螺栓拉力設(shè)計值（kN）；P=22.85/0.8＝28.56kN；△P預拉力損失值，一般取拉力設(shè)計值的10%；△P=2.86kN；d高強螺栓公稱直徑（mm）；d=42mmTO=0.065×31.42×42=85.78(kN)·mm=2\*GB2⑵終擰扭矩值計算：TC=KPCd式中：K高強螺栓連接副的扭矩系數(shù)平均值，一般取0.13；TC高強螺栓的終擰扭矩（N·mm）；其它符號意義同前。TC=0.13×31.42×42=171.55(kN)·mm=3\*GB2⑶檢查扭矩值計算：高強度大六角頭螺栓扭矩檢查應(yīng)在終擰1h后，24h以內(nèi)完成。扭矩檢查時，應(yīng)將螺母退回30o～50o，再擰到原位測定扭矩，該扭矩與檢查扭矩的偏差應(yīng)在檢查扭矩的±10%以內(nèi)，檢查扭矩應(yīng)按下式計算：Tch=KPd式中：Tch高強螺栓的檢查扭矩（N·mm）；其它符號意義同前。Tch=KPd=0.13×31.42×42=171.55(kN)·mm5.5受力螺栓承載力驗算高強螺栓材料：35VB或40Cr號鋼強度等級：10.9型號：M36有效面積：A=816.7mm2查《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003表3.4.1-4，10.9級的高強螺栓抗拉、抗剪以及承壓強度設(shè)計值分別為：=500MPa，=310MPa，=470MPa。高強螺栓承受荷載為：剪力Nv=50.1/2=25.05KN，拉力Nt=45.7/2=22.85KN（1）螺栓抗剪驗算Nv=25.05KN≤A*=816.7*310/1000=253.18KN滿足要求。（2）螺栓抗拉驗算Nt=22.85≤A*=816.7*500/1000=408.35KN滿足要求。（3）螺栓抗拉抗剪綜合驗算承載力驗算公式：計算：Nv=25.05KN,Nt=22.85KN=A*=253.18KN,=A*=408.35KN=36*15*470/1000=253.8KN則：滿足要求。5.6導軌驗算（1）導軌剛度驗算導軌剛度驗算時取最不利工況（爬升工況）進行驗算，該工況下的最大豎向反力為52.3kN，上面支座在水平方向受拉，最大拉力為28.8kN。根據(jù)《液壓爬升模板工程技術(shù)規(guī)程》，導軌跨中的變形值按下式計算：ΔL=FH3/48EI≤5mm式中：ΔL導軌跨中的變形值（mm）；F爬升狀態(tài)時防墜爬升器作用在導軌上的水平力（N）；H固定導軌的上下承載螺栓之間的距離（mm）；H=4500mm.E導軌的彈性模量（N/mm2）；E=2.06*105N/mm2；I導軌的截面慣性矩（mm4）；I=5.4X107mm4ΔL=FH3/48EI=28.8*103*45003/（48*2.06*105*5.4*107）=4.92mm≤5mm滿足要求（2）導軌梯檔抗剪驗算梯檔高度為80mm，四面均要求焊接，焊高為8mm，焊縫總長度為4X80mm=320mm，梯檔僅承受剪應(yīng)力，因此只需對焊縫處剪應(yīng)力進行校核即可。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017中式7.1.3-2直角角焊縫的強度計算側(cè)面角焊縫(作用力平行于焊縫長度方向):τf=N/(helw)≤ffw式中：N--角焊縫處的受力設(shè)計值,設(shè)計頂升力為100kN（油缸推力值）；τf按焊縫有效載面計算，沿焊縫長度方向的剪應(yīng)力；he角焊縫的計算厚度,對直角角焊縫等于0.7hf,hf為焊腳尺寸8mm，he=0.7hf=0.7×8=5.6mm；lw角焊縫的計算長度，對每條焊縫取其實際長度減去2hflw=(80-2×8)×4=256mm；ffw角焊縫的強度設(shè)計值:材料Q235鋼的焊縫抗剪強度為160N/mm2ιf=N/(helw)=100000N/（5.8mm×256）mm=69.75N/mm2≤ffw=160N/mm2故滿足要求。6模板部分的受力計算液壓爬模模板系統(tǒng)包括WISA面板（18mm）、H20木工字梁背楞以及雙[14槽鋼背楞，面板和木梁采用的木材相當于闊葉材B-3材料，根據(jù)《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，其軸向容許應(yīng)力取9.5MPa，彎曲容許應(yīng)力取14.5MPa，容許剪應(yīng)力取2.8MPa，彈性模量為10*103；槽鋼背楞容許應(yīng)力取145MPa，彈性模量為2.1*105MPa；變形按L/400進行控制。6.1混凝土側(cè)壓力計算混凝土作用于模板的側(cè)壓力，根據(jù)測定，隨混凝土的澆筑高度而增加，當澆筑高度達到某一臨界時，側(cè)壓力就不再增加，此時的側(cè)壓力即為新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力（側(cè)壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭）。根據(jù)《橋梁施工常用數(shù)據(jù)手冊》，混凝土側(cè)壓力可按下列二式計算，并取其較小值：式中：新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓力（kPa）；混凝土的重力密度（kN/m3），取=26kN/m3；t0新澆混凝土的初凝時間（h）,取t0=10h；K1外加劑影響修正系數(shù)，摻外加劑時，取K1=1.2；K2塌落度影響修正系數(shù)，索塔采用泵送混凝土，坍落度較大，取K2=1.15；V混凝土的澆筑速度（m/h）;取V=1m/h；h有效壓頭高度（m），,所以m；T混凝土入模時的溫度（℃），取T=25℃；則：取二者中的較小值，作為模板側(cè)壓力的標準值。傾倒混凝土產(chǎn)生的水平載荷標準值取4KN/m2，荷載分項系數(shù)取