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板集煤矿风井砌壁金属模板设计计算说明书一、模板上载荷的确定作用在模板上的载荷是因混凝土的流动性而造成的,它与下列因素有关:1、混凝土的初凝时间：混凝土在浇注时与流体相仿，具有很大的流动性。此时的塌落角θ是很小的，可近似地当作θ=0°来考虑。随着时间的增长，混凝土开始凝固，如将模板拆掉，则必按塌落角规律塌陷，此时的侧压力比完全未凝固时要小，可取θ=30°。随着时间的增长，混凝土继续凝固，它将克服本身重量而不会塌落，模板上的负荷也就不会再增加，此时若将模板拆掉，则混凝土屹立不动，不会倒塌。2、砌壁速度：砌壁速度愈快，即混凝土的高度上升的愈快，则模板上的负荷也愈大。3、混凝土的容重：作用在模板上的负荷与混凝土的容重成正比。此外，井壁厚度也有一定影响，但影响很小，故计算时可忽略。根据上述原则，就能确定出模板上的载荷大小。如图（一）所示为三个不同打灰阶段，(a)表示第一圈模板刚打完的情况，此时塌落角θ=0°;(b)表示第二圈模板刚打完的情况，此时第一圈可取θ=30°;(c)表示第三圈模板刚打完的情况，此时第一圈可取θ=45°;模板上所受侧压力可根据下式计算：P=rhKK=tg2〔45°-θ/2〕式中K—侧压力系数；h—混凝土的高度；r—混凝土容重,取2.46吨/米3(建设方提供)对三种不同阶段分别计算如下：a)P上=0P下=2.46×1.2×tg2〔45°-0/2〕=2.95吨/米2（FE）b)P上=2.46×1.2×tg2〔45°-30°/2〕=0.98吨/米2（AB）P下=2.46×2.4×tg2〔45°-30°/2〕=1.96吨/米2（FC）c)P上=2.46×2.4×tg2〔45°-45°/2〕=1.01吨/米2（AB）P下=2.46×3.6×tg2〔45°-45°/2〕=1.52吨/米2（FC）由计算结果可知，P上是逐渐增加的，P下是逐渐减小的。为了安全起见，加在模板最下部的侧压力取最大值，如图c)所示。根据凿井专用施工图册第五分册（中华人民共和国煤炭工业部编），为了简化起见，计算模板侧压力时当作梯形ABEF分布，其具体数值如下：P上=1.96吨/米2P下=2.95吨/米2二、模板强度计算模板内部有角钢圈加强，因此从整体看来，模板是在弹性加强筋上的圆筒，承受均匀横向外压P,圆筒壁内的周向应力为σtσt=PR/δR=3.125米=312.5厘米(井筒半径)δ=5毫米=0.5厘米(围板厚度)模板若能安全正常工作时,必须σt＜〔σ〕考虑到人工操作、砼质量等因素的影响，建议σt取1.5倍的安全系数，即1.3σt＜〔σ〕即σt＜〔σ〕/1.5若混凝土一直不凝固时，模板能承受的最大周向应力为：P=σt×δ/R=1550×0.5/312.5×1.5=3.72公斤/厘米2=37.2吨/米2〔σ〕=钢材的许用应力,A3钢〔σ〕=1550公斤/厘米2根据侧压力公式P=rhK，当模板承受最大周向应力，即混凝土为液态，塌落角θ=0°时，模板能达到的最大高度为h=P/rK则h=37.2/2.46×tg2〔45°-0/2〕=15.12米三、角钢圈的稳定性计算以一块模板高度(1.2米高,有三道角钢圈)的圆圈作为受力单元,验算角钢圈的稳定性。验算钢钢的稳定性时，采用圆环稳定公式qk=3EJ/R3式中R—角钢圈的半径,近似地采用模板的外半径。J—三道角钢圈的惯性矩。此套模板采用的是L90×8的等边角钢，按大型井径采用的材料规格验算，qk=3EJ/R3=3×（2×107）×（3×106.47×10-8）/3.1253=6.28吨/米即当作用于模板表面的平均压力为6.28吨/米时，为临界稳定状态。根据梯形分布公式，此时模板底部所承受的最大压力为P底P′=1/2（0+P底）×1.2=6.28吨/米（沿圈周）P底=2P′/1.2=2×6.28/1.2=10.47吨/米2当模板底部所受最大压力为10.47吨/米2时，模板达到的最大高度根据公式P底=rhK计算可知h=P底/rK=10.47/2.46×tg2〔45°-0/2〕=4米模板达到所能承受的最大周向应力，即P=37.2吨/米2，h=15.12米时，作用在此段高度的平均压力为：P′=1/2（0+37.2）=18.6吨/米（沿圈周）根据中华人民共和国煤炭工业部编制的凿井专用设备施工图册第五册，则角钢圈的稳定性安全系数为：n=6.28/9.3=0.34＜1由计算结果可知，当模板达到15.12米时，角钢圈的稳定性极差，极易失稳。四、连接螺栓强度计算螺栓直径d=18mm，孔径d0=20mm，钢材选用Q235一根螺栓连接强度的抗剪设计强度为：130MPa选取受力最大处的一块模板进行验算，即当h=5.08米时的一圈模板受力最大，此时受到的平均压力为P=12.5吨/米2S=0.985×1.2=1.18米2则一块模板平均所受的压力为:F=PS=12.5×1.18=14.75吨=144.55KN每块模板上有10根连接螺栓,每一根螺栓平均所受的剪切力为:F′=144.55/10≈14.56KN一根螺栓的抗剪设计值为:Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×182×130/4=33.1KN＞14.56KN因此,所选用的连接螺栓满足强度要求。根据中华人民共和国煤炭工业部编制的凿井专用设备施工图册第五册，砌壁金属模板肋板及边框材料规格如下表：肋板材料规格表表1井筒直径(米)3～4.55～6.57～8扁钢规格（毫米）-63×11-75×8-90×8边框材料规格表表2井筒直径(米)3～4.55～6.57～8扁钢规格（毫米）-63×8-75×8-90×8参照材料规格表，所选用的模板肋板及边框材料均满足要求。