桥梁圆柱模受力计算

圆柱模板

受力验算书

一、设计、验算依据

本项目为xxxxxx，根据以下规范（规程），并使用Solidworks 集成的有限元分析插件Simulation对其结构进行有限元验算校核。

1、《钢结构设计规范》（GBJ50017）；

2、《路桥施工计算手册》周永兴等主编（人民交通出版社）；

3、《材料力学》（西南交通大学出版社）；

4、《结构力学》（高等教育出版社）；

5、《机械设计手册》（新编软件版）；

6、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041）；

7、《冷弯薄壁型钢技术规范》（GB 50018）；

8、《碳素结构钢》（GB 700）；

9、《混凝土结构工程施工规范》（GB50666）；

10、《建筑工程大模板技术规程》。

二、墩柱结构尺寸及模板分块说明

1、墩柱结构尺寸及模板分块图

本项目圆柱共有2种,分别为ψ1.8M、ψ1.6M米圆柱。模板尺寸为：模板面板6mm，边、端框-12*100mm，弧筋-10*100，纵筋10#槽钢。本次选取规格尺寸最大的ψ1.8*1.5M米模板做受力计算，模板对半分。墩柱结构尺寸图、模板分块图如下：

墩柱俯视图

三、主要技术参数与载荷

1、变形控制

根据《路桥施工计算手册》模板工程中验算模板、拱架及支架的刚度允许变形值：模板变形、支架、拱架挠度，面板变形≤1500/400=3.75mm。

2、许用应力

根据《钢结构设计规范》中许用应力设计方法中提出的技术指标， Q235B的抗拉、抗压与抗弯强度［σ］=140Mpa。

3、混凝土侧压力

根据《混凝土结构工程施工规范》，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可按下列公式计算，并应取其中的较小值：

式中：F——新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2）；

γc——混凝土的重力密度（kN/m3），现取25KN/ m3；

t0——新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定；当缺乏试验资料时可采用t0 = 200/（T+15）计算，T为混凝土的温度（℃）,现取8

β——混凝土坍落度影响修正系数；当坍落度在50mm～90mm时,β取0.85；坍落度在100mm～130mm时,β取0.9；坍落度在140mm～180mm时,β取1.0,现取0.85；

V——混凝土浇筑高度（厚度）与浇筑时间的比值，即浇筑速度（m/h），现取3.5m/h

H——混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝土顶面的总高度（m），现取10m。

因此

=

=100kN/m2

=2510=250 kN/m2

取较小值，则混凝土侧压力

F=100kN/m2

四、模板受力验算

1.模板受力模型简化

由于模板通过模板法兰上的螺栓固定，且此次墩柱类型中受力面积最大的为2.83×1.5m的墩柱模板。在此只需对该模板及螺栓进行受力验算即可。

2.几何模型

使用Solidworks 2016对模板建立三维模型，并对细部结构进行简化处理，去掉一些对受力计算影响不大的特征与零部件，几何模型如下图所示。

模板几何模型

3.网格划分

网格划分直接影响计算结果的最终精度与计算过程的效率。

一般来说，网格划分得越细，计算结果的精度就越高，同时计算的时间就越长。为兼顾计算的准确性与计算机的硬件条件，经过反复尝试，得到了计算效率较高的满足计算结果精度要求的网格划分。网格划分结果如图所示。

模板网格划分结果

4.边界处理

模板承受的载荷主要来自混凝土载荷，据以上分析结论，将

混凝土荷载加载在模板使用面上，所受荷载为F=100.00kN/m2。

根据施工时模板的工况对计算模型给予约束，约束为左右法兰通过螺栓固定。所有约束与载荷施加完毕之后模型示意如下图所示，红色表示载荷，绿色表示固定约束。

模板边界条件

5.计算结果

下图为模板工作过程中的应力云谱图。从图中可以看出较大应力主要集中在纵筋与边框焊接位置，且范围非常小，属于极小范围应力集中导致，按圣维南定理，极小范围的应力集中可以忽略。

模板工作过程应力云谱图

工作过程应力云谱图较大应力集中位置

从模板工作过程位移云谱图可知模板变形最大位置位于模板平面中部，且最大变形为0.102mm≤1500/400=3.75mm。因此该模板挠度满足规范要求。

模板工作过程位移云谱图

6.连接螺栓强度校核

在此以螺栓单独受力的情况进行验算。该模板总面积为

4.245m2，则模板所受的混凝土侧压力合力为

F=100.00×4.245 =424.5KN=42.45吨。

模板总共有32颗M 18×60的普通螺栓（4.8级）去承担，即每颗螺栓需分担的拉力f=42.45/32≈1.326吨。

查《机械设计手册》可知，M 18×60螺栓的小径为16.5mm，其有效横截面积为:

S=3.14×16.5×16.5/4=213.7mm2

查《路桥施工计算手册》得4.8级螺栓的抗拉容许应力为

f t=110MPa。

=213.7×110=23507≈2.4吨≥1.326单颗螺栓的抗拉承载力F=S f

t

吨。因此螺栓强度符合要求。

五、结论

通过以上计算分析，可知所设计的墩柱模板在使用过程中应力及位移均未超出规范允许值，结构合理，满足使用要求。