CN114197941A - 一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程领域，涉及一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法。倒锥水箱全型钢骨架支撑模板由下部竖直段、下部倾斜段、中部竖直段和上部倾斜段共四部分组成，通过弯矩理论公式求得径向力、环向力、边缘干扰力，以荷载工况及型钢截面为参数，提出倒锥水箱全型钢骨架支撑模板型钢截面计算方法。全型钢支撑模板体系构造简单、传力明确、施工便捷，在倒锥水箱混凝土浇筑施工中，全型钢作为混凝土模板的支撑骨架；混凝土硬化后，型钢不需要拆除，与倒锥水箱壁的混凝土形成组合受力构件，共同承担荷载，实现了设计施工使用三个过程一体化。本发明为倒锥水箱全型钢骨架支撑模板的计算方法，为高位倒锥水箱设计施工使用一体化提供了合理可靠的分析方法。

Description

一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法。

背景技术

倒锥壳水塔水箱施工分为现场现浇水箱和预制提升水箱，预制提升水箱渗水、漏水现象比较普遍，为此一般要求水箱空中现浇；水塔由于高空作业多、施工难度大，采用普通的脚手架超过了规范要求的搭设高度，存在安全隐患，因此要选择合适的模板支撑体系进行施工，才能保证现浇水箱的成型质量，避免安全事故地发生。

国内外现有的施工方法是采用满堂式脚手架模板支撑体系与悬挑式脚手架模板支撑体系，然而这两种支撑体系的受力要求难以满足，且不经济；专利CN201310185383.X公开了一种用于倒锥形水塔塔顶水箱施工的网架式模板支撑操作平台，该方法通过搭设网架式模板支撑平台实现了在水塔筒身顶部直接现浇混凝土，省去整体提升施工，但是网架式模板支撑平台在施工完成后，要进行拆除，延长了施工周期；为实现设计施工一体化，需利用结构自身构件辅助施工，为此提出了一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系。

倒锥壳水塔的水箱混凝土浇筑施工过程，采用全型钢作为混凝土模板的支撑骨架，混凝土硬化后，型钢不需要拆除，与倒锥水箱壁的混凝土形成组合受力构件，共同承担荷载，实现了设计施工使用三个过程一体化。

发明内容

本发明的目的是针对倒锥水箱全型钢支撑模板体系，旨在提供一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法，其特征是倒锥水箱全型钢支撑模板由下部竖直段、下部倾斜段、中部竖直段和上部倾斜段组成，包括如下步骤：

第一步，根据水箱容量确定倒锥水箱全型钢支撑模板骨架榀数；

水箱容量(m<sup>3</sup>)	倒锥水箱全型钢支撑模板骨架榀数
		500	12
700	15
		1000	18
1200	20

第二步，设计一组不同参数的倒锥水箱全型钢支撑模板模型，参数包括型钢截面、荷载工况；

第三步，根据有弯矩理论公式(1)-(3)对倒锥水箱单榀全型钢支撑模板进行内力校核计算；

径向力计算公式：

环向力计算公式：

边缘干扰力：

式中：

分别为按无弯矩理论计算出的径向力和环向力；

分别为壳体外环、内环处的边缘干扰力；R2a、R20分别为外环和内环处壳体的法向半径；C_a、C₀分别为壳体外环和内环处的刚度特征值，

δ_a、δ₀分别为外环和内环处的壳体厚度；

分别为外环和内环处的壳体水平倾角；

为壳体的水平倾角，当计算外环内力时

当计算内环处内力时

s、

分别为自外环和内环边缘至壳面计算截面处的距离；

下部倾斜段的跨中弯矩：

式中：M_C-梁跨中弯矩值，q-作用在钢梁上的均布荷载，l₀-钢梁长度；

第四步，根据有弯矩理论公式(1)-(4)确定出型钢截面公式(5)；

单榀支撑型钢的截面计算公式：

式中：A_n-构件的净截面面积，l-下锥壳边线的长度，f-所计算截面处拉力设计值，

-壳体的水平倾角，r-倒锥水箱全型钢支撑模板半径，k-倒锥水箱全型钢支撑模板型钢截面修正系数，见公式(6)；

式中：q_o-倒锥壳承担均布荷载；l₁-下锥壳边线上一点到锥壳顶点的距离；l-下锥壳边线的长度；

-壳体的水平倾角；

第五步，进行稳定性验算，截面惯性矩I_x、I_y，应符合下列公式(7)-(8)的要求：

式中：I_x-绕X轴的惯性矩，I_y-绕y轴的惯性矩，M_C-梁跨中弯矩值，l₁-下锥壳边线上一点到锥壳顶点的距离；l-下锥壳边线的长度，

-边缘干扰力；

第六步，通过查询型钢材料表根据截面面积确定型钢型号；

本发明的有益效果：倒锥壳水塔的水箱混凝土浇筑属于高空施工，采用全型钢作为混凝土模板的支撑骨架，既可避免超高搭设脚手架，又可使倒锥水箱与下部支筒的混凝土搭接一次成型，连接可靠，避免水箱底部渗水；倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法将有弯矩理论与有限元分析相结合，提供一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法，为倒锥水箱全型钢支撑模板在实际工程上的应用提供了合理可靠的分析方法。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种倒锥水箱全型钢骨架示意图；

图2为本发明实施例的倒锥水箱全型钢支撑模板的内力计算示意图；

图3为本发明实施例中倒锥水箱全型钢骨架的三维图。

图中：

1、上部倾斜段；2、中部竖直段；3、下部倾斜段；4、下部竖直段。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法，其特征是倒锥水箱全型钢支撑模板由上部倾斜段1、中部竖直段2、下部倾斜段3和下部竖直段4组成；以安哥拉罗安达供水系统项目某倒锥壳水塔为例，其有效容量700m³，支筒总高度为30m，水箱高度为9.2m，建筑全高39.2m(不含避雷针)，水箱下锥壳高度为6.2m，中间环梁高度为0.7m，水塔的混凝土等级选用C30，上部水塔壁厚为500mm，下部型钢梁与水平方向角度为45度，上部型钢梁与水平方向角度为20度，钢材等级为Q355B，全型钢水箱满水状态时承受荷载q₀＝9.72KN/m²，l₁＝3.2m，l＝8.8m，l₀＝5.6m。

一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法包括如下步骤：

水箱有效容量700m³，选择15榀的倒锥水箱全型钢骨架；

根据有弯矩理论公式(1)-(3)对倒锥水箱单榀全型钢支撑模板进行内力校核计算；

径向力计算公式：

环向力计算公式：

边缘干扰力：

下部倾斜段的跨中弯矩：

根据有弯矩理论公式(1)-(4)得到的内力：

倒锥水箱全型钢支撑模板型钢截面验算：

倒锥水箱全型钢支撑模板型钢截面修正系数k：

倒锥水箱全型钢支撑模板型钢截面A_n：

进行稳定性验算，截面惯性矩I_x、I_y，应符合下列公式要求：

通过查询型钢材料表，选取的型钢截面尺寸为HM 500mm×300mm×11mm×18mm，钢材等级为Q355B，A_n＝164.4cm²，I_x＝71400cm⁴，I_y＝8120cm⁴。

Claims (1)

1.一种倒锥水箱全型钢支撑模板体系计算方法，其特征是倒锥水箱全型钢支撑模板由下部竖直段、下部倾斜段、中部竖直段和上部倾斜段组成，计算包括如下步骤：

第一步，根据水箱容量确定倒锥水箱全型钢支撑模板骨架榀数；

水箱容量(m³) 倒锥水箱全型钢支撑模板骨架榀数 500 12 700 15 1000 18 1200 20

第二步，设计一组不同参数的倒锥水箱全型钢支撑模板模型，参数包括型钢截面、荷载工况；

第三步，根据有弯矩理论公式(1)-(4)对倒锥水箱单榀全型钢支撑模板进行内力校核计算；

径向力计算公式：

环向力计算公式：

边缘干扰力：

式中：

分别为按无弯矩理论计算出的径向力和环向力；

分别为壳体外环、内环处的边缘干扰力；R2a、R20分别为外环和内环处壳体的法向半径；C_a、C₀分别为壳体外环和内环处的刚度特征值，

δ_a、δ₀分别为外环和内环处的壳体厚度；

分别为外环和内环处的壳体水平倾角；

为壳体的水平倾角，当计算外环内力时

当计算内环处内力时

s、

分别为自外环和内环边缘至壳面计算截面处的距离；

下部倾斜段的跨中弯矩：

式中：M_C-梁跨中弯矩值，q-作用在钢梁上的均布荷载，l₀-钢梁长度；

第四步，根据有弯矩理论公式(1)-(3)确定出型钢截面公式(5)；

单榀支撑型钢的截面计算公式：

式中：A_n-构件的净截面面积，l-下锥壳边线的长度，f-所计算截面处拉力设计值，

-壳体的水平倾角，r-倒锥水箱全型钢骨架支撑模板半径，k-倒锥水箱全型钢骨架支撑模板型钢截面修正系数，见公式(6)；

式中：q_o-倒锥壳承担均布荷载；l₁-下锥壳边线上一点到锥壳顶点的距离；l-下锥壳边线的长度；

-壳体的水平倾角；

第五步，进行稳定性验算，截面惯性矩I_x、I_y，应符合下列公式(7)-(8)的要求：

式中：I_x-绕x轴的惯性矩，I_y-绕y轴的惯性矩，M_C-梁跨中弯矩值，l₁-下锥壳边线上一点到锥壳顶点的距离；l-下锥壳边线的长度，

-边缘干扰力；

第六步，通过查询型钢材料表根据截面面积确定型钢型号。

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