液压爬模计算书.doc

虎门二桥S4标

坭洲水道桥主塔液压爬模计算书（A版）

广东省长大公路工程有限公司
虎门二桥S4标项目经理部
2023年7月

目录
1 计算依据 - 1 -
2 爬模结构图 - 1 -
3 架体受力分析 - 2 -
3.1计算工况 - 2 -
3.2计算荷载 - 2 -
3.3荷载组合 - 4 -
3.4计算结果 - 4 -
4 埋件、重要构件和焊缝计算 - 9 -
4.1单个埋件抗拔力计算 - 9 -
4.2锚板处混凝土局部受压抗压力计算 - 9 -
4.3受力螺栓的抗剪力和抗拉力的计算 - 9 -
4.4爬锥处的局部受压抗剪力计算 - 9 -
4.5导轨梯档抗剪力计算 - 9 -
4.6承重插销抗剪力计算 - 9 -
4.7附墙撑强度验算 - 9 -
5 模板验算 - 9 -
5.1混凝土侧压力计算 - 9 -
5.2面板验算 - 10 -
5.3木梁验算 - 11 -
5.4背楞验算 - 13 -
5.5组合挠度 - 14 -
5.6对拉杆验算 - 14 -

坭洲水道桥主塔液压爬模计算书
1 计算依据
1）《虎门二桥工程施工设计图纸》
2）《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2023）
3）《钢结构设计规范》（GB 50017-2023）
4）《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2023）
5）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB 50204-2023）
6）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205-2023）
7）《液压爬升模板工程技术规程》（JGJ 195-2023）
2 爬模结构图
爬模由预埋件、附墙装置、导轨、支架、模板及液压动力装置组成，如下图所示。

图1 爬模结构图
3 架体受力分析
3.1计算工况
（1）施工工况（7级风荷载、自重荷载和施工荷载），此工况涉及浇筑混凝土和绑扎钢筋，爬模装置在正常施工状态和遇有7级风荷载施工时均能满足设计规定。
（2）爬升工况（7级风荷载、自重荷载和施工荷载），此工况涉及导轨爬升、模板爬升，爬升装置在7级风荷载下进行爬升能满足设计规定。
（3）停工工况（施工阶段设计风荷载和自重荷载），在此工况既不施工也不爬升，模板之间用对拉螺栓坚固连接等可靠的加固措施，爬模装置能在施工阶段设计风荷载下满足设计规定。
3.2计算荷载
（1）混凝土荷载（侧压力）：由模板对拉杆承受。
（2）根据《液压爬升模板工程技术规程》（JGJ 195-2023），上操作平台施工荷载标准值应取4.0kN/m2；下操作平台施工荷载标准值应取1.0kN/m2；吊平台施工荷载标准值应取1.0kN/m2，但不参与荷载组合。
（3）爬模的每件液压缸的推力为100kN。
（4）风荷载

-风荷载标准值（kN/m2）;
-高度Z处的风振系数，按《建筑结构荷载规范》中公式计算取1.398；
-风荷载体型系数，按各种截面的杆件取1.3；
-风压高度变化系数，主塔高260m，地面粗糙度按A级考虑，查表取3.016；
-基本风压，，但不得小于0.3kPa。
7级风荷载取17.1m/s，施工阶段设计风荷载为29.2m/s。
表1 风荷载计算表

风速
(kPa)

(kPa)
7级风
17.1
0.3
1.398
1.3
3.016
1.644
施工阶段风
29.2
0.533
1.398
1.3
3.016
2.922
沿垂直方向将荷载转化为线荷载：
7级风荷载：1.644×17.122/4=7.037kN/m
9级风荷载：2.040×17.122/4=8.732kN/m
3.3荷载组合
根据《液压爬升模板工程技术规程》（JGJ 195-2023），按以下规定进行。

3.4计算结果

使用MIDAS-CIVIL对架体进行建模，按以上计算参数取值，对上述三种工况进行分析，得到如下结果。
3.4.1施工工况
（1）上操作平台验算
①强度验算
施工工况下，上操作平台组合应力图、剪力图如下图所示。由图可知，上操作平台最大组合应力为210MPa，小于允许应力值215MPa，满足规定。上操作平台最大剪应力为82MPa，小于允许应力值125MPa，满足规定。

图2 施工工况上操作平台组合应力图

图3 施工工况上操作平台剪应力图
②刚度验算
施工荷载下，上操作平台整体变形图如下图所示。由图可知，架体最大变形为4.1mm。将上操作平台上横梁单独取出，如Error! Reference source not found.所示，即横梁相对变形为2.6mm-1.2mm=1.4mm<L/400=1426/400=3.565mm，满足规定。悬臂部分变形图如图6所示，其相对变形为2.1-1.7=0.4mm<L/500=260/500=0.52mm，满足规定。其余杆件相对变形较小均能满足规定。

图4 施工工况上操作平台整体变形图

图5 施工工况上平台上横梁变形图

图6 施工工况上平台上横梁悬臂变形图

③稳定性验算
如下图所示，为施工工况下上操作平台轴力图，上平台下立杆轴力较大，且长细比较大，故对其进行稳定性验算。

上平台下立杆：
杆件为双[14a槽钢，需对两个主平面同时进行稳定性验算。
mm
mm
计算长度：mm

B类截面，
B类截面，

承重三脚架斜撑：
杆件为φ165×5圆管，只需在对称轴平面进行稳定性验算。
mm
计算长度：mm

A类截面，

承重三脚架斜撑稳定性满足规定。
分析结果汇总如Error! Reference source not found.所示。
表2 风荷载计算表
杆件
内力
规格
截面积mm2
长细比
稳定系数
应力值（MPa）
上平台
下立杆
64.4
双[14a
槽钢
3702
41.6

承重三脚
架斜撑
58.4
φ165×5
圆管
2513
68.9
0.845
31.5

（2）爬升工况
①强度验算
爬升工况下，架体组合应力图、剪力图如下图所示。由图可知，架体最大组合应力为123MPa，小于允许应力值215MPa，满足规定。架体最大剪应力为43MPa，小于允许应力值125MPa，满足规定。

②刚度验算
施工荷载下，架体整体变形图如下图所示。由图可知，架体最大变形为1.2mm，位于上平台上横梁。将上平台上横梁单独取出，如Error! Reference source not found.所示，即横梁相对变形为1.2mm-0.7mm=0.5mm<L/400=1426/400=3.565mm，满足规定。悬臂部分变形图如图6所示，其相对变形为0.9-0.8=0.3mm<L/500=260/500=0.52mm，满足规定。其余杆件相对变形较小均能满足规定。

③稳定性验算
（3）停工工况
①强度验算
停工工况下，架体组合应力图、剪力图如下图所示。由图可知，架体最大组合应力为118MPa，小于允许应力值215MPa，满足规定。架体最大剪应力为41MPa，小于允许应力值125MPa，满足规定。

②刚度验算
施工荷载下，架体整体变形图如下图所示。由图可知，架体最大变形为1.2mm，位于上平台上横梁。将上平台上横梁单独取出，如Error! Reference source not found.所示，即横梁相对变形为1.3mm-0.6mm=0.7mm<L/400=1426/400=3.565mm，满足规定。悬臂部分变形图如图6所示，其相对变形为1.0-0.8=0.2mm<L/500=260/500=0.52mm，满足规定。其余杆件相对变形较小均能满足规定。

③稳定性验算

4 埋件系记录算
4.1单个埋件抗拔力计算

根据《建筑施工计算手册》，按锚板锚固锥体破坏计算埋件的锚固强度如下：
假定埋件到基础边沿有足够的距离，锚板螺栓在轴向力F作用下，螺栓及其周边的混凝土以圆锥台形从基础中拔出破坏（如上图所示）。分析可知，沿破裂面作用有切向应力和法向应力，由力系平衡条件可得：

由实验得：当b/h在0.19~1.9时，，，代入式中得：

式中：——混凝土抗压强度设计值（15N/mm2）;
h——破坏锥体高度（通常与锚固深度相同）（400mm）；
b——锚板边长（120mm）。
所以
经MIDAS计算，埋件所受最大拔力为215.1kN。
满足规定。
4.2锚板处混凝土局部受压抗压力计算
根据《混凝土结构设计规范》局部受压承载力计算：

式中：——局部受压面上的作用的局部荷载或局部压力设计值；（kN）
——混凝土轴心抗压强度设计值；（15N/mm2）
——混凝土强度影响系数；（查值为1）
——混凝土局部受压时的强度提高系数；（2）
——混凝土局部受压面积；（mm2）
——混凝土局部受压净面积；（80mm×80mm）
——局部受压计算底面积；（mm2）。
所以，。
经MIDAS计算，锚板处混凝土局部最大压力为215.1kN。
满足规定。
4.3爬锥处的局部受压抗剪力计算
根据《混凝土结构设计规范》局部受压承载力计算：

式中：——局部受压面上的作用的局部荷载或局部压力设计值；（kN）
——混凝土轴心抗压强度设计值；（15N/mm2）
——混凝土强度影响系数；（查值为1）
——混凝土局部受压时的强度提高系数；（2）
——混凝土局部受压面积；（mm2）
——混凝土局部受压净面积；（mm2）
——局部受压计算底面积；（mm2）。
mm2
所以，
经MIDAS计算，爬锥处最大剪力为96.3kN。
满足规定。
4.4受力螺栓的抗剪力和抗拉力的计算
材料：40Cr
受力螺栓为M42螺纹，计算内径为36mm；
截面面积为：1017.9mm2；
受力螺栓的抗压、抗拉、抗剪强度查表可知：抗拉屈服强度N/mm2，抗剪强度为N/mm2。
根据手册拉完构件计算式计算：
（1）抗剪验算：

（2）抗拉验算：

4.5承重插销抗剪力计算
承重插销设计承载200kN。
根据图纸可知承重插销断面尺寸为：mm2，材料Q235钢的抗剪强度为125MPa，承重插销受剪时，共有两个剪切面，所以承重插销的承载力为：kN>200kN。
满足规定。
4.6附墙撑强度验算
根据MIDAS计算结果，附墙撑位置最大反力为124.1kN，附墙撑的材料为的圆钢，长度L=750mm，长细比，只验算强度即可。
mm2
MPa<=215MPa，满足规定。
5 模板验算
5.1混凝土侧压力计算
混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增长，当浇筑高度达成某一临界时，侧压力就不再增长，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达成最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。新浇混凝土对模板侧向压力分布见下图。

在《建筑施工模板安全技术规范》(GBJ162-2023)中规定，新浇混凝土对模板侧向压力按下式计算，并取其中的较小值：
Pmax=0.22γt0K1K2V1/2 Pmax=γH
式中：
Pmax ------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（kN/m2）；
γ------混凝土的重力密度（kN/m3），取25kN/m3
t0------新浇混凝土的初凝时间（h），t0=200/（T+15）=8h；
V------混凝土的浇灌速度（m/h），取2m/h；
h------有效压头高度；
H------混凝土浇筑层（在水泥初凝时间以内）的高度（m），按4.5m；
K1------外加剂影响修正系数，掺外加剂时取1.2；
K2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50～90mm时，取1；110～150mm时，取1.15。
Pmax=0.22γt0K1K2V1/2=0.22×25×8×1.2×1.15×21/2=85.87kN/m2
则有效压头高度：h=Pmax/γ=85.87/25=3.43m
Pmax=γH=25×4.5=100kN/m2
由计算比较可知：新浇混凝土对模板侧向压力按其中的较小值85.87kN/m2，考虑倾倒混凝土时产生的水平荷载4kN/m2，分别取荷载分项系数1.2和1.4，则作用于模板的总设计值为1.2×85.87kN/m2+1.4×4kN/m2=108.64kN/m2。
5.2面板验算
面板采用21mm厚进口维萨板，将面板视为两边支撑在木工字梁上的多跨连续板计算，根据图纸面板长度取一块面板的长度6480mm，木梁间距为270mm，即面板可看作24跨连续板；宽度可取背楞最大间距1150mm。采用MIDAS建模分别进行强度、刚度验算。
1）面板强度受力验算：
将混凝土侧压力加载到面板上，面荷载的大小为：
q=108.64kN/m2
面板应力如下图所示：

σmax=10.4N/mm2＜13N/mm2
所以21mm厚面板强度满足设计受力的规定。
2）面板刚度（挠度）验算：
面板变形如下图所示：

则：fmax=0.50mm<270/400=0.675mm
所以21mm厚面板刚度满足设计受力的规定。
5.3木梁验算
木工字梁作为竖肋支承在横向背楞上，可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，根据图纸，其跨距分别为850mm、950mm、1050mm、1150mm。采用MIDAS建模分别进行强度、刚度验算。
1）木梁强度受力验算：
木工字梁上的荷载为
q=108.64kN/m2×0.27=29.33kN/m
木工字梁应力如下图所示：

σmax=7.2N/mm2＜13N/mm2
所以木工字梁强度满足设计受力的规定。
2）木梁刚度（挠度）验算：
面板变形如下图所示：

经查看，悬臂部分挠度为0.28mm<L/500=400/500=0.8mm；跨中部分挠度为0.49mm<L/400=1150/400=2.875mm
所以木工字梁刚度满足设计受力的规定。
5.4背楞验算
槽钢背楞（双[14A）为模板横肋，对拉螺杆作用其上，由对拉螺杆布置知其受力，也可按连续梁计算，两端的跨距为1622mm，中间跨跨径为对拉螺栓的间距1250mm。采用MIDAS建模分别进行强度、刚度验算。
1）背楞强度受力验算：
背楞上的荷载为：（荷载计算取背楞最大间距950mm）
q=108.64kN/m2×0.95=103.21kN/m
背楞应力如下图所示：

σmax=120.2N/mm2＜215N/mm2
所以背楞强度满足设计受力的规定。
2）背楞刚度（挠度）验算：
背楞变形如下图所示：

背楞最大挠度为1.40mm<L/500=1622/500=3.244mm。
所以背楞刚度满足设计受力的规定。
5.5组合挠度
面板、木梁和背楞组合挠度最大值为：
w=0.50+0.49+1.40=2.39mm<3mm
满足规定。
5.6对拉杆验算
上述背楞计算中，支座反力即为对拉杆所受拉力，如下如所示。由于长边上对拉杆间距更大，对拉杆所受拉力更大，故以长边对拉杆控制计算。对拉杆螺杆采用D20高强螺杆，内径为20mm，材料为45#钢，允许抗拉强度为600MPa。

由图中可知，中间处对拉杆最大拉力为152.6kN，故中间处对拉杆最大应力为：
σmax=152.6×1000/0.25×π×202=485.7N/mm2＜600N/mm2