高橋墩無支架翻轉(zhuǎn)模板設(shè)計(jì)及計(jì)算

程吉飛

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)

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高橋墩無支架翻轉(zhuǎn)模板設(shè)計(jì)及計(jì)算

程吉飛

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)

文章結(jié)合惠興高速公路第八合同段老鷹巖大橋的工程實(shí)例，介紹了高橋墩無支架翻模施工的基本原理、模板結(jié)構(gòu)形式以及工作平臺的布置，仔細(xì)的分析了施工過程中模板的側(cè)壓力，并對構(gòu)成模板的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行了受力檢算，希望能在類似的工程中給予借鑒。

翻轉(zhuǎn)模板； 基本原理； 側(cè)壓力分析； 計(jì)算

1 工程概況

老鷹巖大橋是惠興高速公路第八合同段重點(diǎn)工程之一。該橋全長680 m。上部構(gòu)造為先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)應(yīng)力T梁橋，下部采用樁柱式橋墩，橋臺為重力式U形臺。其中8#、9#、10#、11#、12#為大體積實(shí)心矩形墩，截面尺寸2.1 m(順橋向)×5.4 m(橫橋向)，最高橋墩38.96 m，地處較為陡峭的山坡上。

2 翻轉(zhuǎn)模板施工的基本原理

利用已經(jīng)達(dá)到一定強(qiáng)度的混凝土墩體為支承主體，通過以完成混凝土澆筑的模板來支承上層模板及平臺，從而完成鋼筋綁扎、模板就位及混凝土的澆筑。實(shí)施作業(yè)時(shí)，模板翻升、綁扎鋼筋、灌注混凝土等工作循環(huán)進(jìn)行，直到墩頂施工完為止。

3 模板設(shè)計(jì)

每套模板由3節(jié)等高模板組成, 每節(jié)模板高2.4 m，由側(cè)模、對拉螺栓、工作平臺等組成，每次澆筑墩身高度4.8 m。

面板采用厚度為5.5 mm的Q235鋼板制作,平整度應(yīng)小于2 mm，面板外側(cè)邊框采用∠8角鋼，角鋼上設(shè)置螺栓孔，相鄰模板及上下層模板用螺栓進(jìn)行法蘭式連接。模板外設(shè)置豎向背楞，采用[8槽鋼,間距為30 cm。豎向背楞的外側(cè)設(shè)置橫向背楞，2塊[12.6槽鋼組成，上下間距為120 cm，橫向背楞直接焊在豎向背楞上。M22對拉螺栓順橋向水平間距為135 cm，豎向間距為120 cm，橫橋向在模板中間及平行于橫橋向的外側(cè)各布置一道對拉螺栓， 對拉螺桿用PVC管包裹,以便于重復(fù)利用，如圖1所示。

圖1 模板結(jié)構(gòu)

工作平臺由三角形桁架、護(hù)欄及安全網(wǎng)組成。角鋼加工的三角形桁架與模板豎向背楞焊接牢固,按1.2 m間距布置。三角桁架間用鋼筋焊接連成整體，其上鋪設(shè)5 cm厚竹條板形成工作平臺。竹條板與桁架水平桿用鐵絲連接固定以確保安全。三角形桁架上水平桿長度為90 cm，以保證有足夠工作空間。工作平臺外采用φ20螺紋鋼設(shè)置護(hù)欄，高度100 cm，在護(hù)攔的周圍懸掛安全兜網(wǎng)，確保工人作業(yè)安全，如圖2所示。

圖2 工作平臺示意

4 模板結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

4.1 模板側(cè)壓力分析

混凝土作用于模板的側(cè)壓力，一般隨著混凝土的澆筑高度而增加，當(dāng)澆筑高度達(dá)到臨界值時(shí)，側(cè)壓力不在增加，此時(shí)的側(cè)壓力即為新澆混凝土的最大側(cè)壓力。采用內(nèi)部振搗器時(shí)，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力可按照以下計(jì)算并取其中的最小值：F=0.22γct0β1β2v1/2=32.2 kN/m2，F(xiàn)=γcH=120 kN/m2，故最大側(cè)壓力為Fm=32.2 kN/m2，則有效壓力高度為h=F/γc=1.28 m。

式中：F為新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓力(kN/m2)；γc為混凝土的重力密度(kN/m3)，取25 kN/m3；t0為新澆混凝土的初凝時(shí)間(h),可按實(shí)測確定，本工程取3 h(試驗(yàn)室提供)；v為混凝土的澆灌速度(m/h)，取2 m/h；β1為外加劑影響修正系數(shù)，摻外加劑時(shí)取1.2；β2為混凝土塌落度影響系數(shù)，110～150 mm時(shí)，取1.15；H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的高程(m)，取4.8 m，其受力見圖3所示。

圖3 混凝土側(cè)壓力計(jì)算分布圖形

4.2 面板計(jì)算

取10 mm寬面板條作為計(jì)算單元。偏于安全考慮，不考慮豎肋板對面板的加強(qiáng)作用，將面板受力狀況簡化為以豎向槽鋼為支點(diǎn)的三跨連續(xù)梁，跨徑0.3 m，q=0.322 kN/m。查《路橋施工計(jì)算手冊》附表2-9可知：面板最大彎矩Mmax=Km×q×l2=0.1×0.322×0.32=0.0029 kN·m,截面系數(shù)W=bh2/6=50.4 mm3,剪力Q=K×q×l=0.606×0.322×0.3=0.0585 kN。

彎曲應(yīng)力σmax=Mmax/W=57.5 MPa<[σ]=170 MPa，滿足要求。

剪應(yīng)力τmax=1.5×FS/A=1.4 MPa<[τ]=100 MPa，滿足要求。

撓度計(jì)算f=0.677×ql4/(100EI)=0.6 mm<1.5 mm，滿足要求。

4.3 豎向背楞計(jì)算

4.4 橫向背楞計(jì)算

橫向背楞為雙拼[12.6槽鋼，間距1.2 m，則作用在上面的均布荷載q=38.6 kN/m。橫橋向?qū)菟ㄩg距1.35 m，縱橋向在模板中間安裝一排對拉螺栓。以對拉螺栓為支點(diǎn)，可以將背楞受力簡化為0.675 m(懸臂)+1.35 m+0.675 m(懸臂)簡支梁結(jié)構(gòu)(橫橋向)和1.05 m+1.05 m連續(xù)梁結(jié)構(gòu)(順橋向)。具體受力分為兩種情況，采用Midas Civil軟件進(jìn)行計(jì)算。

4.4.1 橫橋向橫向背楞計(jì)算

受力模型如圖4所示。

圖4 橫向背楞受力模型

彎曲應(yīng)力σ=72.05 MPa<[σ]=170 MPa(圖5)，滿足要求。

圖5 橫向背楞彎曲應(yīng)力

剪切應(yīng)力τmax=22.1 MPa<[τ]=100 MPa(圖6)，滿足要求。

圖6 橫向背楞剪切應(yīng)力

撓度fmax=1.5 mm<3 mm (圖7)，查《路橋計(jì)算手冊》178頁，滿足要求。

圖7 橫向背楞位移

4.4.2 縱橋向橫向背楞計(jì)算

受力模型如圖8所示。

圖8 縱橋向橫向背楞受力模型

經(jīng)Midas Civil軟件計(jì)算得到：彎曲應(yīng)力σ=41.8 MPa， 剪切應(yīng)力τmax=21.3MPa，fmax=0.2mm<3mm。查《路橋計(jì)算手冊》178頁，均滿足要求。

4.5 對拉螺栓檢算

模板對拉螺栓用于連接兩側(cè)模板，承受混凝土側(cè)壓力產(chǎn)生的荷載，使模板有足夠的強(qiáng)度和剛度，采用直徑為22 mm的Q235圓鋼制作，截面面積A=380 mm2，承壓面積1.35×1.2=1.62 m2。

σ=F/A=137 MPa，其中：F=32.2×1.62=52.2 kN滿足要求。

5 結(jié)束語

傳統(tǒng)的落地支架法需要在墩身周邊搭設(shè)腳手架，需要大量鋼管，每一段施工都要花費(fèi)時(shí)間去搭設(shè)腳手架。支架的自身重量較大，墩身周邊的地基承載力很難滿足支架自身重量，基礎(chǔ)需要進(jìn)行處理。

實(shí)踐證明翻轉(zhuǎn)模板施工安全可靠，既減少了大量用于輔助施工的材料，又節(jié)省了成本。同時(shí)合理的利用塔吊實(shí)現(xiàn)了垂直運(yùn)輸，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)效率。

[1] 江正榮，朱國梁.簡明施工計(jì)算手冊[M]. 第3版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2] 周水興，何兆益， 鄒毅松. 路橋施工計(jì)算手冊(精)[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[3] 楊文淵. 橋梁施工工程師手冊[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

程吉飛(1983～)，男，工程師，從事橋梁工程施工技術(shù)工作。

TU755.2+2

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[定稿日期]2016-05-29