組合鋼模板體系的優化

黃抒琳

摘 要：組合鋼模板目前在水利水電建設中的通用性較強，為了加快施工速度，提高混凝土表面質量，采用大面板、模板豎拼裝的形式，通過對組合鋼模板體系的優化來保證模板在力學結構上的要求。

關鍵詞：組合鋼模板；水利水電施工；優化

1. 概述

模板工程在水利水電建筑現澆混凝土工程中占有重要的位置，費用約占混凝土總造價的15～20％。近幾年來，模板工程有了很大的變化，對加快水利水電建設施工速度、保證施工質量、節約木材和降低模板成本，均起到了很大的作用。隨著我國水利水電建筑的不斷發展，對工程質量要求越來越高，一方面混凝土工程要具有優良的內部質量，另一方面混凝土表面要整潔、光滑美觀，這對模板技術提出了更高的要求。

組合鋼模板在模板的工具化、定型化方面的的通用性較強，是目前使用較廣泛的一種通用性組合模板。組合鋼模板的部件主要由鋼模板、連接件和支承件三部分組成，平面模板的規格最大尺寸為300mm×1500mm×55mm。為了使水利水電工程能高質量、高速度、高效率地完成，我們在實踐采用的組合鋼模板體系改變傳統體系的做法，采取大面板（600mm×1500mm×55mm）、模板豎拼裝的形式。這種做法在混凝土外觀上取得了較好的效果，但在力學結構和細部上存在欠缺的地方。為了使大面板模板具有足夠的強度、剛度和穩定性，能夠承受新澆混凝土的重量和側壓力，以及各種施工荷載，需要對體系進行結構的優化。

2. 組合鋼模板體系的優化

2.1 支承系統的鋼楞用雙拼方鋼(2□80mm×40mm×2.0mm)代替雙拼圓鋼管(2φ48mm×3.5mm)

支承系統中的鋼楞主要用于支承鋼模板并加強其整體剛度。內鋼楞與鋼模板的長度方向相垂直，直接承受鋼模板傳來的荷載，外鋼楞與內鋼楞垂直，承受內鋼楞傳來的荷載。鋼楞的選擇直接影響到整個體系性能，下面將這兩者的規格和力學性能列于表1。

表1

從表1我們可以得出這樣的結論：

1. 從技術角度看，雙拼方鋼的截面慣性矩I 和截面最小抵抗矩W 均大于雙拼圓鋼管；

2. 從經濟角度看，雙拼方鋼每米重量比雙拼圓鋼管輕；

3. 從施工角度看，雙拼方鋼重量輕有利于高空作業，同時由于剛度好不易發生彎曲變形。

通過上面的比較，我們認為雙拼方鋼(2□80mm×40mm×2.0mm)優于雙拼圓鋼管(2φ48mm×3.5mm)。

雙拼方鋼拼接時拼縫不能太寬，若拼縫太寬，則由于孔口應力集中區加大會影響螺栓墊片強度的正常發揮，造成螺栓墊片凹陷變形，致使模板變形破壞，造成工程事故。目前普遍采用規格為100mm×80mm×10mm的鋼墊片，螺栓直徑為φ16mm。這樣拼縫寬比16mm稍大即可，根據經驗采用φ20mm的鋼筋來進行拼接。

2.2 對拉螺栓位置的優化選擇

對拉螺栓的作用是連接內、外模板，保持內、外模板的間距，承受新澆混凝土的側壓力和其他荷載，使模板具有足夠的剛度和強度。對拉螺栓位置的布置直接影響到組合鋼模板體系中各種材料性能的發揮，我們在布置時既要做到技術上可行，同時又節省材料降低成本。

根據力學模型的計算的現場施工經驗的總結，對拉螺栓的豎向位置宜布置在距離每塊模板上邊和下邊各350mm的地方，橫向螺栓位置間距為1200mm，如圖1為優化后的平面模板簡圖。這樣布置使模板的整體力學性能得到充分的發揮，而且能使壓力均勻分布，體系整體受力效果較好；由于橫向間距比現有間距600mm增大一倍，可以節省一半的對拉螺栓和一半的外鋼楞，同時簡化施工，加快了工程進度。

2.3 扁鐵代替穿墻部分螺栓

對拉螺栓穿過模板，一方面給拆模帶來困難，后期螺栓的割除切補也極不方便，費時費工；另一方面還會給混凝土面留下“疤痕”，影響外觀。

用扁鐵代替穿墻部分螺栓可以克服以上的不利影響，扁鐵的規格常用40mm×200mm×3.0mm。它夾在模板的拼縫中，經砂輪深層割除，高強混凝土修補后隱藏在板縫中還會留下任何明顯痕跡，給混凝土的外觀帶來較好的效果。

2.4 組合鋼模板體系的優化計算

下面對圖1進行力學分析，驗證其可行性。

2.4.1內鋼楞（2□80mm×40mm×2.0mm）的結構計算

2.4.1.1 強度驗算

（1） 荷載計算

新澆混凝土側壓力F1＝24.73KN/m2

混凝土傾倒產生的側壓力F2＝2.8KN/m2

側壓力合力F＝F1＋F2＝27.53 KN/m2

如圖1，每一單元內鋼楞承受來自1200mm×750mm鋼模板傳來的側壓力，將F轉化為對內鋼楞的均布荷載（調整系數取0.85）：

q＝0.85×27.53×0.75＝17.55 KN/m

（2）強度驗算

跨中彎矩M＝ql2＝×17.55×1.22＝3.16×106 N·mm

由表1，內鋼楞的截面最小抵抗矩 Wx＝18.56×103 mm3

內鋼楞的最大應力＝ ＝169.72N/mm2＜［ ］=210N/mm2滿足強度要求。

2.4.1.2剛度驗算

這里只需驗算鋼模板的剛度。

荷載q＝0.85×24.73＝21.02KN/m

慣性矩Ix＝2×26.97×104mm4

彈性模量E＝2.1×105 N/mm2

撓度＝ = ＝0.313mm

＜［ ］＝1.5mm

滿足剛度要求。

2.4.2外鋼楞與內鋼楞同一規格，支座的最大反力為：

Rmax＝0.85×27.53×1.2×0.75＝21.06KN

2.4.3對拉螺栓選用?椎16mm圓鋼，其容許拉力為24.5KN，大于21.06KN，所以?椎16mm圓鋼能滿足體系對拉螺栓的要求。

通過計算，優化后的組合鋼模板體系是可行的。

4. 施工注意事項

優化后的組合鋼模板體系在制作和施工時除了要符合國家標準《組合鋼模板技術規范》外，還要注意以下事項：

（1）雙拼方鋼的長度以3m～4m為最佳，適當情況下也可稍稍加長，拼接時一定分注意連接鋼筋與方鋼的焊接質量；

（2） 模板提升時，上、下層外鋼楞間必須有足夠的搭接長度，搭接長度約50cm。否則，應設置短鋼楞以保證其整體剛度；

（3） 由于扁鐵較薄，在螺栓和扁鐵焊接時，一定要注意調節好焊接電流的大小，各項指標均要達到規范要求，其焊接長度不得小于50cm。對有防滲要求的結構必須在螺栓上設置截水環。

5． 結語

采用大模板、模板豎拼裝的形式可以加快施工速度，提高混凝土的外觀質量，通過對組合鋼模板體系的優化能保證混凝土的內部質量。

參考文獻

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