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文档简介

朽木易折,金石可镂。千里之行,始于足下。第页/共页第1章设计计算说明1.1设计根据①、客户提供的《郑徐客专施图(桥参)联-04-02》;②、《钢结构设计规范》(GB50017-2003);③、《路桥施工计算手册》;④、《结构力学》、《材料力学》;⑤、《机械设计手册》;⑥、《铁路桥涵施工技术规范》(TB10203-2002)⑦、《马路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)1.2挂篮结构36+56+44m延续梁三角形挂篮模板主要由主桁系统、轨道系统、前上横梁、模板系统、导梁、底篮、防护系统等组成。挂篮结构如图所示1.3挂篮设计1.3.1主要技术参数①、砼自重G=26.5kN/m3;②、钢材的弹性模量E=210GPa;③、材料容许应力:牌号许用正应力[σ]许用弯曲应力[σw]许用剪切应力[τ]Q235215MPa215MPa125MPaQ345310MPa310MPa180MPa40Cr470MPa480Mpa280MpaPSB830690Mpa1.3.2挂篮构造挂篮采用三角形挂篮,挂篮的前横梁由2H396×199普通热轧H型钢组焊而成,底篮前、后横梁由H300×200H型钢组焊桁架组成,底模下加强纵梁由H300×150普通热轧H型钢组焊件组成,吊杆采用φ32精轧螺纹钢。挂篮自重约71t。1.3.3挂篮计算设计荷载及组合①、荷载系数考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数:1.05;挂篮空载行走时的冲击系数1.3;浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数:2.0;挂篮正常使用时采用的安全系数为1.2。活载分项系数:1.4恒载分项系数:1.2②、作用于挂篮的荷载1、箱梁荷载:取1#块、4#块分离计算按照箱梁截面受力特点,划分箱梁各节段断面如图所示:通过建立箱梁各节段三维模型并查询各段体积,计算箱梁断面内各段分量如下表所示段号1#块(3m)4#块(3.5m)备注①47.1KN55.0KN校核外模导梁②207.4KN180.2KN校核腹板下纵梁③117.4KN133.8KN校核内模导梁④203.3KN171.6KN校核底板下纵梁恒载分项系数K1=1.2;活载分项系数K2=1.4。作用于主桁上箱梁荷载最大按83t计算;施工机具及人群荷载:2.5kPa;倾倒混凝土产生的荷载:2KPa振捣混凝土产生的荷载:2KPa挂篮自重:71t;③、荷载组合荷载组合I:混凝土分量+超载+动力附加荷载+挂篮自重人群和机具荷载;荷载组合II:挂篮自重+冲击附加荷载;荷载组合I用于主桁承重系统强度和稳定性计算;荷载组合II用于挂篮系统行走计算。1.3.4内力符号规定轴力:拉力为正,压力为负;应力:拉应力为正,压应力为负;其它内力规定同结构力学的规定。第2章挂篮底篮及吊杆计算2.1.1腹板下面纵梁的计算一、浇注1#块时1、载荷计算1)、混凝土荷载q单侧腹板混凝土荷载为:q1=207.4×1.05×1.2/(3×0.65)=134KN/m22)、除侧模外,模板分量按2.5KN/m2计,模板载荷为:q2=2.5×1.2=3KN/m23)、人群及机具荷载为:q3=2.5×1.4=3.5KN/m24)、倾倒和振捣混凝土产生的荷载为:q4=(2+2)×1.4=5.6KN/m25)、纵梁自重为:W2=0.37KN/m6)、腹板处纵梁上的均布荷载为(腹板下布置3条纵梁,间距均布约为0.217m):W1=(q1+q2+q3+q4)×0.217=31.7KN/m2、受力分析腹板下H型钢采用材质为Q235的H300×150H型钢组焊件,其截面特性参数如下:Wx=490cm3,Ix=7350cm4其受力暗示图如下图所示:由材料力学计算软件求得浇注1#块时腹板下纵梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图为:其支座反力Ra=54.6KN、Rb=42.2KN2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=73.43KN.mσw=Wmax/Wx=73.43×106/490×103=149.9Mpa<[σw]=215MPa满意要求3)、挠度图为:其最大挠度fmax=10.198mm<4600/400=11.5mm满意要求二、浇注4#块时1、载荷计算1)、混凝土荷载q单侧腹板混凝土荷载为:q1=180.2×1.05×1.2/(3.5×0.575)=112.8KN/m22)、除侧模外,模板分量按2.5KN/m2计,模板载荷为:q2=2.5×1.2=3KN/m23)、人群及机具荷载为:q3=2.5×1.4=3.5KN/m24)、倾倒和振捣混凝土产生的荷载为:q4=(2+2)×1.4=5.6KN/m25)、纵梁自重为:W2=0.37KN/m6)、腹板处纵梁上的均布荷载为(腹板下布置3条纵梁,间距均布约为0.19m):W1=(q1+q2+q3+q4)×0.19=23.73KN/m2、受力分析腹板下H型钢采用材质为Q235的H300×150H型钢组焊件,其截面特性参数如下:Wx=490cm3,Ix=7350cm4其受力暗示图如下图所示:由材料力学计算软件求得浇注4#块时腹板下纵梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图为:其支座反力Ra=57.62KN、Rb=59.86KN2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=60.13KN.mσw=Wmax/Wx=60.13×106/490×103=122.7Mpa<[σw]=215MPa满意要求3)、挠度图为:其最大挠度fmax=8.489mm<4600/400=11.5mm满意要求2.1.2底模下普通纵梁的计算`一、浇注1#块时1、载荷计算1)、混凝土荷载q底板混凝土荷载为:q1=203.3×1.05×1.2/(3.5×3)=24.4KN/m22)、模板分量按2.5KN/m2计,模板载荷为:q2=2.5×1.2=3KN/m23)、人群及机具荷载为:q3=2.5×1.4=3.5KN/m24)、倾倒和振捣混凝土产生的荷载为:q4=(2+2)×1.4=5.6KN/m25)、纵梁自重为:W2=0.37KN/m6)、底板处纵梁上的均布荷载为(底板下布置4条纵梁,间距均布约为0.875m):W1=(q1+q2+q3+q4)×0.875=31.9KN/m2、受力分析底板下H型钢采用材质为Q235的H300×150H型钢组焊件,其截面特性参数如下:Wx=490cm3,Ix=7350cm4其受力暗示图如下图所示:由材料力学计算软件求得浇注1#块时底板下纵梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图为:其支座反力Ra=54.94KN、Rb=42.46KN2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=73.88KN.mσw=Wmax/Wx=73.88×106/490×103=150.8Mpa<[σw]=215MPa满意要求3)、挠度图为:其最大挠度fmax=10.271mm<4600/400=11.5mm满意要求二、浇注4#块时1、载荷计算1)、混凝土荷载q底板混凝土荷载为:q1=171.6×1.05×1.2/(3.65×3.5)=16.9KN/m22)、模板分量按2.5KN/m2计,模板载荷为:q2=2.5×1.2=3KN/m23)、人群及机具荷载为:q3=2.5×1.4=3.5KN/m24)、倾倒和振捣混凝土产生的荷载为:q4=(2+2)×1.4=5.6KN/m25)、纵梁自重为:W2=0.37KN/m6)、底板处纵梁上的均布荷载为(底板下布置4条纵梁,间距均布约为0.9125m):W1=(q1+q2+q3+q4)×0.9125=26.5KN/m2、受力分析底板下H型钢采用材质为Q235的H300×150H型钢组焊件,其截面特性参数如下:Wx=490cm3,Ix=7350cm4其受力暗示图如下图所示:由材料力学计算软件求得浇注4#块时底板下纵梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图为:其支座反力Ra=48.23KN、Rb=46.22KN2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=67.03KN.mσw=Wmax/Wx=67.03×106/490×103=136.8Mpa<[σw]=215MPa满意要求3)、挠度图为:其最大挠度fmax=9.472mm<4600/400=11.5mm满意要求2.1.3底篮后横梁受力验算

模板、支架按2.5kN/m2计,人群及机具荷载按2.5kN/m2计,倾倒和振捣混凝土荷载按4.0kN/m2计,由底篮纵梁计算可知,浇注1号块时底蓝后横梁受力最大,后横梁约承受箱梁60%的荷载。其受力简图如下:其中:F1为浇注1#块时底板下普通纵梁作用在后横梁上支座反力(54.94KN);F2为浇注1#块时腹板下纵梁作用在后横梁上支座反力(54.6KN)底篮后横梁采用H300×200H型钢组焊桁架加工,其力学参数如下:截面面积A=73.03cm2截面惯性矩Ix=11400cm4抗弯截面模量Wx=779cm3由理正结构工具箱计算得浇注1#块时底篮后横梁剪力图、弯矩图、挠度图如下所示1)剪力图其支座反力:RA=RD=11.8KNRB=RC=110.7+153.5=264.2KN2)弯矩图其最大弯矩Wmax=53.9KN.mσw=Wmax/Wx=53.9×106/779×103=69.2Mpa<[σw]=215MPa满意要求3)挠度图其最大挠度fmax=0.581mm<3120/400=7.8mm满意要求2.1.4底篮前横梁受力验算模板、支架按2.5kN/m2计,人群及机具荷载按2.5kN/m2计,倾倒和振捣混凝土荷载按4.0kN/m2计。由底篮纵梁计算可知,浇注4号块时底蓝前横梁受力最大,前横梁约承受箱梁40%的荷载。其受力简图如下:第13页共33页

其中:F1为浇注4#块时底板下普通纵梁作用在前横梁上支座反力(46.22KN);F2为浇注4#块时腹板下纵梁作用在前横梁上支座反力(41.48KN);底篮前横梁采用H300×200H型钢组焊桁架加工,其力学参数如下:截面面积A=73.03cm2截面惯性矩Ix=11400cm4抗弯截面模量Wx=779cm3由理正结构工具箱计算得浇注4#块时底篮前横梁剪力图、弯矩图、挠度图如下所示1)剪力图其支座反力:RA=RD=8KNRB=RC=93.3+117.9=211.2KN2)弯矩图其最大弯矩Wmax=43.9KN.mσw=Wmax/Wx=43.9×106/779×103=56.4Mpa<[σw]=215MPa满意要求3)挠度图其最大挠度fmax=0.579mm<3120/400=7.8mm满意要求第14页共33页

2.1.5底篮前后横梁空载后退受力验算挂篮空载后退时,底篮所有分量由端部两个吊点承受,主要承受荷载为外模自重、底模自重以及纵梁自重。后退时单侧外模自重约为26.1KN,底模自重约为15.4KN,纵梁单根自重为1.9KN。底篮后横梁采用H300×200H型钢组焊桁架加工,其力学参数如下:截面面积A=73.03cm2截面惯性矩Ix=11400cm4抗弯截面模量Wx=779cm3底篮后横梁受力简图如下:其中:P1、P14为外模自重作用于底篮后横梁的载荷;P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13为底模自重及纵梁自重作用于底篮后横梁的载荷;W1为底篮后横梁自重。P1=P14=26.1×0.8/2=10.44KNP2=P3=P4=P11=P12=P13=1.9×0.6+15.4/4.8×0.6×0.22=1.56KNP5=P6=P7=P8=P9=P10=1.9×0.6+15.4/4.8×0.6×0.66=2.41KNW1=0.57KN/m由材料力学计算软件求得导梁的弯矩图、挠度图如下:1)、弯矩图其最大弯矩Wmax=54.2KN.mσw=Wmax/Wx=54.2×106/779×103=69.6Mpa<[σw]=215MPa满意要求2)、挠度图为:第15页共33页

其最大挠度fmax=16.96mm<8350/400=20.9mm满意要求因底篮前横梁截面、长度及吊点位置与底篮后横梁均相同,且受力较底篮后横梁要小,故底篮前横梁也满意强度及刚度要求。由以上计算可知,挂篮在后退过程中安全,满意整体强度及刚度要求。2.1.6挂篮内导梁受力验算:内导梁在挂篮施工中承受箱梁顶部混凝土、内模自重的结构,采用H300×150H型钢加工,其截面特性如下:Wx=490cm3,Ix=7350cm4作用于内导梁上载荷如下:1、浇注1#块时内模顶部混凝土载荷为:117.4KN2、浇注4#块时内模顶部混凝土载荷为:133.8KN3、内模载荷为:30KN;4、导梁载荷为:0.37KN/m一、浇注1号块时:1号块梁长3m,内导梁上作用的荷载主要通过内模背架传递至内导梁,其受力简图如下:其中:P6为内模自重作用于导梁的载荷;P1、P2、P3、P4、P5为箱梁顶部混凝土及内模自重作用于导梁的载荷;W1为导梁自重。P6=30/(6×2)=2.5KN第16页共33页

P1=P2=P3=P4=P5=(117.4×1.05×1.2)/(5×2)+30/(6×2)=17.3KNW1=0.37KN/m由材料力学计算软件求得导梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图其支座反力Ra=51.47KN、Rb=39.24KN2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=65.92KN.mσw=Wmax/Wx=65.92×106/490×103=134.5Mpa<[σw]=215MPa满意要求2)、挠度图为:其最大挠度fmax=9.262mm<4600/400=11.5mm满意要求二、浇注4号块时:4号块梁长3.5m,内导梁上作用的荷载主要通过内模背架传递至内导梁,其受力简图如下:第17页共33页

其中:P1、P2、P3、P4、P5、P6为箱梁顶部混凝土及内模自重作用于导梁的载荷;W1为导梁自重;P1=P2=P3=P4=P5=P6=(133.8×1.05×1.2)/(6×2)+30/(6×2)=16.55KNW1=0.37KN/m由材料力学计算软件求得导梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图其支座反力Ra=51.58KN、Rb=49.42KN2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=68.26KN.mσw=Wmax/Wx=68.26×106/490×103=139.3Mpa<[σw]=215MPa满意要求2)、挠度图为:第18页共33页

其最大挠度fmax=9.748mm<4600/400=11.5mm满意要求三、挂篮空载前移时:挂篮前移3.5m时导梁受力处于最不利情况,其主要承受内模分量,受力简图如下图所示挂篮空载前移时,导梁仅承受模板自重,其强度无需举行校核。主要校核其刚度变形情况。其中:P1、P2、P3、P4、P5、P6为内模自重作用于导梁的载荷;P1=P2=P3=P4=P5=P6=30/(6×2)=2.5KNW1=0.37KN/m由结构力学计算软件求得导梁空载前移3.5m时挠度图如下所示:其最大挠度fmax=8.84mm<8100/400=20.25mm满意要求2.1.7挂篮外导梁受力验算:外导梁主要承受箱梁翼缘处混凝土分量及外模分量,采用H300×150H型钢加工,其截面特性如下:Wx=490cm3,Ix=7350cm4第19页共33页

作用于外导梁上载荷如下:1、浇注1#块时顶部翼缘处混凝土载荷为:47.1KN2、浇注4#块时顶部翼缘处混凝土载荷为:55.0KN3、单侧外模重:26.1KN;4、导梁载荷:0.37KN/m一、浇注1号块时:1号块梁长3m,外导梁上作用的荷载主要通过外模背架传递至外导梁,其受力简图如下:其中:P6为外模自重作用于导梁的载荷;P1、P2、P3、P4、P5为箱梁翼缘处混凝土及外模自重作用于导梁的载荷;W1为导梁自重。为简化计算,假设翼缘板混凝土分量及模板分量由1根外导梁承受,则:P6=26.1/6=4.35KNP2=P3=P4=P5=P6=(47.1×1.05×1.2)/5+26.1/6=16.2KNW1=0.37KN/m由材料力学计算软件求得导梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图其支座反力Ra=48.58KN、Rb=38.48KN2)、弯矩图为:

其最大弯矩Wmax=62.43KN.mσw=Wmax/Wx=62.43×106/490×103=127.4Mpa<[σw]=215MPa满意要求2)、挠度图为:其最大挠度fmax=8.807mm<4600/400=11.5mm满意要求二、浇注4号块时:4号块梁长3.5m,外导梁上作用的荷载主要通过外模背架传递至外导梁,其受力简图如下:其中:P1、P2、P3、P4、P5、P6为箱梁顶部混凝土及内模自重作用于导梁的载荷;W1为导梁自重。为简化计算,假设翼缘板混凝土分量及模板分量由1根外导梁承受,则:P1=P2=P3=P4=P5=P6=(55×1.05×1.2)/6+26.1/6=15.9KNW1=0.37KN/m由材料力学计算软件求得导梁的剪力图、弯矩图、挠度图如下:1)、剪力图其支座反力Ra=49.59KN、Rb=47.51KN2)、弯矩图为:其最大弯矩Wmax=65.62KN.mσw=Wmax/Wx=65.62×106/490×103=133.9Mpa<[σw]=215MPa满意要求2)、挠度图为:其最大挠度fmax=9.37mm<4600/400=11.5mm满意要求2.1.8吊杆(精轧螺纹钢)计算1)、由以上前、后横梁检算结果可知,后横梁处内侧吊杆所承受的最大支点反力为264.2kN,采用φ32精轧螺纹钢时,其应力为:σb=N/A=264.2×103/804.2=328.5MPa其安全储备为:K=690/328.5=2.1>1.52)、前吊杆所承受的最大支点反力为211.2kN,采用φ32精轧螺纹钢时,其应力为:σb=N/A=211.2×103/804.2=262.6MPa其安全储备为:K=690/262.6=2.6>1.5由上述计算可知,底篮前后横梁的吊杆安全储备均大于1.5,满意要求。

2.1.9挂篮前横梁受力验算:前上横梁承受荷载为前吊挂反力,由前面计算情况可知,浇注4号块时前吊杆处反力最大,因此前上横梁按浇注4#块时情况举行受力检算,其受力简图如下:其中:P1、P8为浇注4#块时底篮前横梁外侧吊杆作用于前上横梁的载荷(8KN);P2、P7为浇注4#块时挂篮外导梁前端吊杆作用于前上横梁的载荷(47.51KN);P3、P6为浇注4#块时底篮前横梁内侧吊杆作用于前上横梁的载荷(211.2KN);P4、P5为浇注4#块时挂篮内导梁前端吊杆作用于前上横梁的载荷(49.42KN);W1为前上横梁自重(1.14KN/m)。前横梁采用2H396×199H型钢组焊桁架加工,其截面力学参数如下:截面面积A=144.32cm2截面惯性矩Ix=40000cm4抗弯截面模量Wx=2020cm3由理正结构工具箱求得浇注4#块时前上横梁剪力图、弯矩图、挠度图如下所示1)剪力图支座反力:Ra=Rb=58.11+263.22=321.3KN2)弯矩图其最大弯矩Wmax=180.02KN.mσw=Wmax/Wx=180.02×106/2380×103=75.6Mpa<[σw]=215MPa不满意要求3)挠度图其最大挠度fmax=4.372mm<4560/400=11.4mm满意要求第3章挂篮主桁计算3.1荷载组合I(混凝土分量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载)3.1.1荷载计算由第二章计算的结果是以该组合计算而得出的结果,即在混凝土分量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群和机具荷载的组合下,单片主桁前吊点最大荷载P=321.3KN。3.1.2荷载组合I作用下主桁计算①计算简图三角形桁架简化后计算简图如下图所示。经结构力学求解器算得出各杆件内力情况如下图所示:轴力图:弯矩图:挠度图:由上图可知1-4杆、2-3杆受压,1-2杆、2-4杆受拉,各杆件的强度验算如下表所示:序号内力(KN)选材截面面积(cm2)正应力(MPa)许用应力(MPa)备注1-2杆525.62-t20×200钢带8065.7215满意1-4杆-418.32[32a矩形截面9743.1215满意2-3杆-636.52[32a矩形截面9765.6215满意2-4杆525.62-t20×200钢带8065.7215满意前后支点反力为:R=P×9200/4600=321.3×9200/4600=642.6KN前R=-P×4600/4600=-321.3×4600/4600=-321.3KN后②最大挠度计算由以上计算可知,最大挠度位于底篮前横梁内侧吊点处,计算如下:主桁前支点挠度为ΔL1=10.8mm;前横梁挠度(底篮前横梁内侧吊杆吊点处)约为ΔL2=3.5mm;底篮前横梁内侧吊点处支点反力为:P=211.2KN,吊杆长度约为6.2m,吊杆弹性模量为E=2.01×105MPa,吊杆截面积为A=804mm2则PL211.2.103.6.2ΔL3=..0.0081m.8.1mm11.6EA2.0110.804..10则底篮前横梁内侧吊点处挠度为ΔL=ΔL1+ΔL2+ΔL3=10.8+3.5+8.1=22.4mm③后锚及抗倾覆验算抗倾覆安全系数取2,则所需的φ32精轧螺纹钢(张拉力513kN)根数为:2R2.321.3n...1.25513513取n=4。则倾覆安全系数为:4513.Fs..6.4321.3④主桁杆件稳定性验算主桁1-4杆选用[32a槽钢组焊t10缀板而成,杆件净长度4.6m,轴力为-418.3KN,弯矩为14.1KN.M,杆件截面形状如图所示:其截面特性如下:1、截面面积A=97cm2;2、惯性矩Ix=15200cm4、Iy=10820cm43、抗弯模量Wx=950cm3、Wy=865cm34、回转半径ix=12.5cm、iy=10.6cm杆件的长细比为:λy=l/iy=4600/106=43.4查表得ψ=0.885σ=N/ψA+M/Wx=418.3×103/(0.885×9700)+14.1×106/950×103=63.6MPa<[σ]=215MPa满意要求主桁2-3杆截面与1-4杆相同,杆件净长度3.5m,轴力为-636.5KN,杆件的长细比为:λy=l/iy=3500/106=33查表得ψ=0.925σ=N/ψA=636.5×103/(0.925×9700)=70.9MPa<[σ]=215MPa满意要求由上述计算结果可知,主桁稳定性满意要求。3.2荷载组合II(挂篮自重+冲击荷载)3.2.1荷载计算①挂篮自重+冲击荷载挂篮前移时,主桁靠反压轮扣在轨道上行走,挂篮的底篮自重为55.2KN,内模30KN,外模52.2KN,则挂篮的前吊点的荷载为:P1=(55.2+30+52.2)/2=68.7KN,考虑冲击荷载后,单个前吊点荷载为:T=68.7×1.3=89.3KN。主桁结构计算简图如下图所示:吊挂滚轮处承受拉力为R=89.3×4.6/4.6=89.3KN,计算临界面积为:Alj=89300/[τ]=89300/125=7.1cm2吊挂滚轮最小剪切面为A=10×4×2=80cm2>Alj=7.1cm2满意安全要求。

第4章其他附属结构计算4.1、后锚扁担梁计算由主桁架后锚计算可知,单根精扎螺纹钢承受拉力P=321.3/4=80.3KN后锚扁担梁由双[22a槽钢组焊而成,其截面特性参数如下:1、截面面积A=111.7cm2;2、惯性矩Ix=11132cm43、抗弯模量Wx=927cm3后锚扁担梁主要承受吊杆拉力及斜撑槽钢的支撑力,其受力情况简图如图所示:P=2×80.3=160.6KN由材料力学计算器求得后锚扁担梁剪力图、弯矩图、挠度图如下所示1)剪力图由图可知Rmax=75.12KNτ=Rmax/A=75120/11170=6.7Mpa<[τ]=125Mpa满意要求2)弯矩图由图可知Wmax=49.58KN.mσw=Wmax/Wx=49.58×106/927×103=53.5Mpa<[σw]=215MPa满意要求3)挠度图由图可知fmax=0.3927mm<1240/400=3.1mm满意要求4.2、轨道计算轨道行走轨道截面如图所示采用I32a工字钢加工,其截面特性参数如下:1、截面面积A=2×67.156=134.3cm2;2、惯性矩Ix=2×11100=22200cm43、抗弯模量Wx=2×692=1384cm3挂篮轨道在浇注混凝土时主要承受2-3杆件传递的压力

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