墩柱钢模板在使用过程中主要承受以下几种荷载:
一、竖向荷载
混凝土自重
混凝土的重度一般为 24kN/m³ 左右,对于墩柱钢模板来说,混凝土自重是主要的竖向荷载之一。在计算时,需要根据墩柱的尺寸和混凝土浇筑高度确定混凝土的体积,进而计算出混凝土自重。
例如,一个直径为 1.5m、高度为 10m 的墩柱,其混凝土体积为 π×(1.5/2)²×10≈17.67m³,混凝土自重约为 17.67×24 = 424.08kN。
钢筋自重
钢筋的重度一般为 78.5kN/m³ 左右,在墩柱中,钢筋的用量相对混凝土较少,但也会对钢模板产生一定的竖向荷载。计算时需要根据钢筋的布置情况和用量确定钢筋自重。
假设上述墩柱中钢筋的用量为 5t,换算成重力约为 5×10×9.8 = 490kN(考虑 10m 高度范围内的钢筋总重量)。
二、水平荷载
混凝土侧压力
混凝土在浇筑过程中会对模板产生侧压力,侧压力的大小与混凝土的浇筑速度、浇筑高度、混凝土的坍落度等因素有关。一般采用以下公式计算:F = γc×h,其中 F 为侧压力(kN/m²),γc 为混凝土的重度(kN/m³),h 为混凝土浇筑高度(m)。
对于上述墩柱,假设混凝土浇筑速度为 2m/h,坍落度为 180mm,采用插入式振捣器,根据相关规范计算得到的最大侧压力约为 50kN/m²。在计算模板的水平荷载时,需要考虑侧压力的分布情况,一般按照三角形分布进行计算。
风荷载
在露天环境下,墩柱钢模板还会受到风荷载的作用。风荷载的大小与风速、模板的受风面积、风载体型系数等因素有关。一般采用以下公式计算:W = k×μs×μz×ω0×A,其中 W 为风荷载(kN),k 为风荷载调整系数,μs 为风载体型系数,μz 为风压高度变化系数,ω0 为基本风压(kN/m²),A 为模板的受风面积(m²)。
假设当地基本风压为 0.5kN/m²,模板高度为 10m,风载体型系数取 1.3,风压高度变化系数根据地面粗糙度和模板高度确定为 1.2,风荷载调整系数取 1.0,模板的受风面积为 π×1.5×10≈47.1m²,则风荷载约为 1.0×1.3×1.2×0.5×47.1≈36.4kN。
三、其他荷载
施工荷载
在模板安装和拆除过程中,施工人员和施工设备会对模板产生一定的施工荷载。一般情况下,施工荷载可按 2.5kN/m² 计算,对于墩柱钢模板,施工荷载主要作用在模板的操作平台上。
假设操作平台的面积为 10m²,则施工荷载约为 2.5×10 = 25kN。
振捣荷载
混凝土振捣时会对模板产生振捣荷载,一般按 4kN/m² 计算。对于墩柱钢模板,振捣荷载主要作用在模板的侧面。
假设墩柱模板的周长为 4.71m(π×1.5),高度为 10m,则振捣荷载约为 4×4.71×10 = 188.4kN。
四、荷载组合
在进行墩柱钢模板设计时,需要根据实际情况对上述各种荷载进行组合。一般情况下,需要考虑以下两种组合:
承载能力极限状态组合:
组合一:1.2×(混凝土自重 + 钢筋自重)+1.4×(混凝土侧压力 + 振捣荷载)。
组合二:1.2×(混凝土自重 + 钢筋自重)+1.4×(混凝土侧压力 + 风荷载)。
正常使用极限状态组合:
组合三:1.0×(混凝土自重 + 钢筋自重)+1.0×(混凝土侧压力)。
以上述墩柱为例,分别计算各种组合下的荷载:
组合一:1.2×(424.08 + 490) + 1.4×(50×10/2×π×1.5 + 188.4)≈2422.4kN。
组合二:1.2×(424.08 + 490) + 1.4×(50×10/2×π×1.5 + 36.4)≈2412kN。
组合三:1.0×(424.08 + 490) + 1.0×(50×10/2×π×1.5)≈1732.4kN。
通过对墩柱钢模板进行荷载分析和组合,可以为模板的设计、制作和安装提供依据,确保模板在使用过程中具有足够的强度、刚度和稳定性。