薄壁空心墩模板設計及受力分析

2016-08-10 03:29:18吳寶喜

大科技 2016年8期

關鍵詞：混凝土分析施工

吳寶喜

（中國鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司黑龍江省哈爾濱市 150001）

薄壁空心墩模板設計及受力分析

吳寶喜

（中國鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司黑龍江省哈爾濱市 150001）

薄壁空心高墩的模板設計與受力計算，面板、背肋、拉桿等的材料配置分析，施工順序、施工工藝、注意事項的論述。

模板；設計；受力分析

1 模板基本形式

表1

圖1 空心墩身截面圖

2 模板工程設計方案

根據本工程結構特點及國家相關清水混凝土墩柱的施工規范，以達到施工安全，結構合理穩定，剛度合理的目的。本著為客戶著想的設計思路，模板由A墩向B墩流水使用，模板流水過程中不能通用的部分增加模板，確保工程結構的順利施工。本工程模板按106系列設計，模板背楞采用[14#b，模板加固采用高強拉螺栓體內對拉形式。本工程具體施工方案如下：

2.1 第一次施工

底部抗滲混凝土作為第一澆筑部分；底部支撐墊石澆筑時應設置預埋件，支模時用木方及設置好的預埋件固定模板底部，防止跑模（圖2），具體加工措施見圖3。

圖2

圖3

2.2 第二次施工

墩身部分施工，詳見后附圖紙（圖4）。

圖4

圖5

2.3 第三次施工

墩頂施工，內模頂端施工時，預埋鋼件，作為焊接鋼牛腿支點，然后配合假手架作為頂端托盤及頂帽的底模支撐，見圖5。

整體芯模建議按以下順序支模施工。先支下部腋角模→澆注混凝土→再支直段部分模板→澆注混凝土→拆模→最后支頂部模板，澆注混凝土。

3 荷載計算

3.1 計算依據

①假定計算條件；②混凝土澆筑速度為v=2.0m/h；③澆筑溫度為200C；④坍落度為150mm，大于100mm；⑤混凝土摻加外加劑。

3.2 計算過程

3.2.1 側壓力計算

新澆筑的混凝土作用于模板的側壓力，按下列二式計算，并取二式中較小值。

對普通混凝土來說，新澆筑混凝土自重標準值γc=24kN/m3；新澆筑混凝土初凝時間（h）取t0=200/（20+15）≈5.71（h）；混凝土的澆筑速度v=2.0m/h；取混凝土側壓力計算位置處，至新澆混凝土頂面總高度為2.4×5.71=13.7m；外加劑修正系數β1=1.2；坍落度影響修正系數β2=1.15。

F=0.22×24×5.71×1.2×1.15×2.01/2=58.84kN/m2，F=24×13.7=328.8kN/m2，取其小值：F=61.4kN/m2

荷載組合：

系數取值：k活=1.4，k恒=1.2

3.2.2 橋墩模剛度分析

（1）面板分析

①計算單元選取，在最大側壓力區選擇1mm寬度分析：

②受力簡圖：僅按平模分析基本為連續多跨，這里偏大按連續三跨分析，L=300-48=252（48為10#槽鋼寬度）。

圖6

③強度分析

④剛度分析q線=0.059N/mm2

故面板剛度合格。

（2）背肋剛度分析（按兩端懸臂單跨向支梁分析）

②受力簡圖：按兩端肋承載寬度=300+300/2=450mm分析

q肋=450×0.059=26.55N/mm q肋′=450×0.076=34.2N/mm（如圖 7）

圖7

③強度分析，肋下端為懸臂，最大彎距在下端支座處。

故肋剛度合格。

（3）邊框剛度分析（也按兩端懸臂單跨簡支梁分析）

②受力簡圖

圖8

③剛度分析λ=0.45

故邊框剛度合格。

（4）背楞強度、剛度分析

①最大變形狀態分析

因柱模穿墻栓內間距為1200mm，懸臂500mm；按最不利的兩端懸臂的簡支梁考慮。

②基本數據，因豎肋較密，故背楞近似按承受均布荷載計算。背楞為雙14a#槽鋼

③計算簡圖

圖9

④背愣強度分析

σ=M肋/W肋=9120000/16.106×104=56.6N/mm2＜［σ］=215N/mm2，背楞強度合格。

⑤背愣剛度分析

（5）對拉栓構件強度分析

①對拉栓最大承載力分析

對拉栓的垂直間距1000mm，水平間距以最不利的中間對拉栓為計算依據，距左邊對拉栓1400mm，距右邊對拉栓1200mm。中間對拉螺栓最大承載力面積Amax=0.5×（1.2/2+1.4/2）=0.65m2，對拉栓最大承載力為：N柱max=Amaxq側計=0.65×59=38.4kN

②穿墻栓結構，采用組合穿墻栓，具體見設計圖：

主桿強度安全。

（6）接頭強度分析

接頭強度安全。

（7）搭接頭強度分析

故搭接頭強度安全。

（8）接頭焊縫強度分析

焊縫長L=150－60=90mm，焊縫斷面寬b=2×5=10mm，接頭有四條焊縫同時承剪，采用E43型焊條：

故接頭焊縫強度安全。

（9）錐帽強度分析

與接頭連接端M24×2（內螺紋） D大=36 d小=24

外伸端頭：M30×2（外螺紋） d小=27.835

取較小承載面積A接分析。

故錐帽強度安全。

以上計算均為理想狀態下，考慮到施工現場其他不可預見性情況，應將澆筑速度控制在1.5m/h。

4 模板鋼材配置

墩柱內模板直邊面板采用δ=4mmQ235A板，邊框采用δ=12mm扁鋼，豎肋采用[6.3#，橫肋采用8mm扁鋼，豎肋間隔均為300mm左右；體內對拉形式的直邊背楞采用雙[10#，圓端環肋背楞采用雙10mm扁鋼，對拉螺栓采用高強T18螺栓（見圖10～11），高強螺栓為通扣螺紋，采用山型母配套，此高強螺栓的特點是較長螺栓與較短螺栓通用，且強度能夠滿足大部分的施工強度要求。直邊模板與圓端模板采用背楞對拉形式協上協助加固（見圖12），用此辦法保正圓弧模板與直板的整體性，保證模板強度。

如施工方有特殊要求，則以施工方要求為準。模板選用材料符合國家現行標準，模板結構設計和焊接質量滿足甲方的使用要求。