永定河特大橋引橋異型橋墩模板設計

李海霞

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永定河特大橋引橋異型橋墩模板設計

李海霞

（中鐵集團第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

北京六環路梁型橋墩模板集橋墩模板與梁型模板于一身，具有模板本身多元化、結構形狀空間化、混凝土一次性澆筑復雜化等特點，主要講述2#墩模板的設計制作依據及方法，來探討異型模板的施工技術，為同類工程提供參考。

梁型橋墩；模板；受力；計算

一、設計背景

作為非標準化混凝土澆灌模具，橋梁墩柱等模板具有操作使用便利、成型表面規則光潔、可重復利用等優點，被廣泛應用于現代化鐵路、公路、隧道等工程中。而工程用大眾化模板包括公路橋梁模板和鐵路橋梁模板[1]。根據不同的條件，橋梁模板又可分為單雙室箱梁（大箱梁、小箱梁）、禾型墩柱、墩柱模板、墩臺、蓋梁、T型橋梁模板等、墩身墩帽模板、預制梁模板、現澆梁模板等。而本文中設計與使用的北京六環路梁型橋墩模板集橋墩模板與梁型模板于一身，具有模板本身多元化、結構形狀空間化、混凝土一次性澆筑復雜化等特點[2]。

二、工程概況及設計依據

由中鐵十八局第五工程公司承建的北京長安街西延（三石路-古城大街）道路工程、第三標（K2+550.00-K3+100.66）橋梁工程、永定河特大橋引橋0#-3#墩主體工程，是比利時道路橋梁設計專家組及北京市市政工程設計研究總院聯合設計的工程項目。圖1所示的從左至右依次為0#墩、1#墩、2#墩、3#墩以及現澆梁模板為我單位設計制作。本文主要講述2#墩模板的設計制作依據及方法。

圖1 橋墩位置分布示意圖

2#墩設計構造形式是世界首例，其墩柱跨度為50米，前后左右從底部向上呈錐度形式，外部四條棱邊R=15mm圓弧倒角設計。平均混凝土厚度3米，高11.3米，中間貫穿設計3組門洞，且門洞處兩側向內倒角回收27cm。澆筑混凝土總重約為900噸并實現一次性澆灌（如圖2）。

圖2 三維效果圖及平面構造圖

作為北京市政工程項目，對現澆梁及墩柱的要求質量非常嚴謹，并且要求模板的設計加工必須滿足以下幾點：

第一，根據施工方法保證模板的自身強度。

第二，保證外形尺寸，精確到毫米。

第三，固定模板制作塊數且要求板縫拼接方式。

第四，為了外形美觀，不允許有穿墩拉桿。

第五，模板分塊最大化，便于安裝拆卸。

第六，出廠前預拼裝，并檢驗合格。

三、材料選擇及設計

（一）針對性設計及材料的選擇

材料選擇國標化，型材板材選擇為預定長、寬度板材。墩身結構是一個形式類似于梁型的墩柱，墩柱模板基本材料：面板為δ=6mm鋼面板，貼面背肋為槽鋼[12#，連接螺栓為M20，大背肋為][18組焊件。以上材料的材質均為Q235。對拉桿采用直徑φ25的精軋螺紋鋼（圖3）。在設計中充分考慮模板分塊及連接部分的脫模角度，使之便于安裝及拆卸。

圖3 模板及支撐布局

（二）強度受力分析

模板本身側模板由于不允許存在穿梁拉桿，且單塊模板長度最高可達到9米，這里我們在模板的外部增加桁架以增強模板自身的撓度，達到每塊模板能夠滿足自身強度，并合理布局外部拉桿梁距離。以下只針對局部最薄弱孔洞模板及支撐進行受力分析。

1.編制依據

《鋼結構設計規范》-新規范2014；

《鋼結構工程施工及驗收規范》GB50205—2001；

《建筑工程大模板技術規程》JGJ 74—2003；

《鐵路混凝土工程施工技術指南》TZ210-2005；

《混凝土結構工程施工規范》GB50666-2011；

《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）。

2.受力計算依據

①梁身結構尺寸：

梁身上口寬2.13m，下口尺寸為3.5m，梁長54m（單側），總體積約為850m3，高度方向平均截面積為152㎡。

②混凝土澆筑時側壓力的標準值：

F——新澆筑混凝土對模板的側壓力，KN/㎡

rc——混凝土的重力密度，25KN/m3

to——新澆混凝土的初凝時間（h）

新澆混凝土的初凝時間（h），可按實測確定。當缺乏實驗資料時，可采用t=200/（T+15）計算；T=混凝土的入模溫度取30°得：

t=200/（30+15）=4.44

β1——外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻加具有緩凝作用的外加劑時取1.2。（本例摻外加劑）

財務人員管理是加強財務管理的基礎，財務人員是具體監管政策的執行者。政府監管部門及民辦非營利性醫療機構應重視加強對財務人員的業務培訓,促進他們提高業務能力和工作水平。主管部門在財務人員業務培訓時，應要求公立醫療機構和民辦醫療機構統一接受培訓。

β2——混凝土坍落度影響修正系數，當坍落度小于30mm時。取0.85；50~90mm時，取1.0；110~150mm時，取1.15.（本例取1.15）

ν——混凝土澆筑速度m/h。按兩臺泵車澆筑速度55m/h進行控制，澆筑長度按54m控制，則混凝土澆筑速度為：V=55/（2.13+3.5）/2*54=0.36m/h

H——混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度，H=0.36*4≈1.5m

有：Fc=0.22×25×4.44×1.2×1.15×0.36?=20.2KN/㎡

Fc= rcH=25×1.5=37.5KN/㎡

按規范取：Fc=20.2KN/㎡

③傾倒混凝土時產生的水平荷載標準值取2KN/㎡（混凝土入模時采用溜槽入模）

根據《建筑結構荷載規范》(GB_50009-2001)和《混凝土結構工程施工規范》GB50666-2011的有關規定，各類荷載相應的分項系數和調整系數，取值如下：

恒載分項系數取：2

活載分項系數取：1.4

折減調整系數取：0.85

④則混凝土澆筑的側壓力設計值為：

20.2×2×0.85=34.34KN/㎡

⑤傾倒混凝土時產生的水平荷載設計值為：

2×1.4×0.85=2.38 KN/㎡

⑥混凝土振搗荷載取2.0KN/㎡；

⑦風載荷：q=9*Wk=9*1*1.3*0.74*0.45=3.9KN/㎡

⑧總荷載設計值為：

F0=34.34+2.38+2+3.9=42.6(KN/㎡)

鋼模主要承受混凝土的側壓力，側壓力取為F=43KN/㎡，有效高度h=F0/rc=43/25=1.72m

3.水平懸掛模板受力計算

混凝土澆筑總自重

根據設計尺寸得：G=（2mx3.2mx8m）x25kN/m3=1280KN

即：Q=1280/16=80KN/m2

模板自重由兩側模板分擔，不計入重力計算。

①面板計算

取單格面板450mm×300mm作為計算單元，則單位寬板承受的荷載為： ???層級標題

q=80×0.45=36KN/m

偏于安全考慮，不考慮橫向肋板對面板的加強作用，將面板受力狀況簡化為以豎肋[12為支點的簡支梁。其簡化受力分析示意圖見圖4。

圖4 面板簡化受力分析示意圖

面板的截面抗彎系數為：

W1=b*h2 /6=0.45*0.006*0.006/6=2.7(cm3)

面板的截面抗彎慣性矩為：

I1=b*h3 /12=0.45*0.006*0.006*0.006/12=0.81(cm4)

根據公式有:面板所受的最大彎矩為：

Mmax=qL2/8=36*0.3*0.3/8=405(N·m)

面板所受最大彎曲應力為：

σmax=Mmax/W=405/2.7=150(MPa）<[σ]=160

面板在該載荷下所產生的最大變形量為：

Ymax=5*q*L4 /(384E*I) =5*36000*0.34 /(384*206*109 *0.9*10-8)=0.00205（m）

∴δ6面板強度及剛度滿足要求

②背筋計算

背肋與面板等共同承受外力，背肋的材料規格為槽鋼[12，查型鋼特性表，得截面面積A=15.362cm2 IX=346 cm4，W=57.7 cm3

豎肋材料初步確定為[12。對豎肋進行力學檢算時,其力學模型可以簡化為以桁架布置處為支撐點，豎肋為一受平均載荷的簡支梁。其受力分析示意圖見圖5。

圖5 豎向小肋[12受力分析示意圖

豎肋作用范圍內各處壓力按均值計算其值為：q=F0*h1=80*0.3=24 (KN/m)

其中h1為[12的有效作用寬度(即[12間距)，其值為0.3m

∵L1=0.5>(0.707-0.5)*2=0.414=(0.707-0.5)*L

肋[12所受最大彎矩為：Mmax=q1*L12 /2=24000*0.55*0.55/2=3630 (N·m)

肋[12的抗彎截面系數：W=57.7 (cm3)

肋[12所受的最大彎曲應力為:σmax=Mmax/W=3630/57.7=63 (MPa）<[σ]

肋[12懸臂變形量為:

y1=q1*L24/(8E*I)

∴ y1=24*5504 /(8*210000*3460000)= 0.38 (mm)≤200/400=0.5

肋[12跨中變形：

y1=[q1*L24/(384E*I)]*(5-24λ4 ) =[24*5504 /(384*210000*3460000)] *(5-24*0.54 ) =0.78mm ≤550/ 400 =1.375

∴豎向小肋[12強度及剛度滿足要求

③桁架計算

組合應力為112.5MPa∠[σ]，強度及剛度滿足要求，見圖2所示。變形1mm，滿足設計要求，見圖3所示。

圖6 豎向小肋[12受力分析示意圖1

圖7 豎向小肋[12受力分析示意圖2

④支撐工字鋼強度計算

圖8

單根25b工字鋼受力圖例分析見下圖。

圖9

變形0.25mm滿足要求，見下圖。

圖10

最大垂直反力32噸，滿足要求，見下圖。

圖11

組合應力為31.4MPa，滿足要求。

四、加工制作要求

為了施工便捷及澆灌混凝土后外表平整美觀，加工中要求以下幾點：

合理布局模板面板，采用寬度1500mm標準面板，且保證面板及模板接縫在同一水平面[3]。

所有面板采用機加工刨邊，保證對接平整一致。

單塊模板面板使用面不允許有焊接打磨痕跡。

焊接量嚴格按照模板加工手冊進行，不允許有漏焊。

單塊模板矯正，并嚴格控制長寬尺寸，誤差小于1mm。

整體拼裝，校驗合格。

五、結束語

此異型模板從設計制作到現場使用都非常成功圓滿，最終得到了施工單位和監理的一致好評。

橋梁用模板應用的大眾化刺激了模板市場競爭性，在傳統的設計加工工藝中，優良產品的生產主要以加工的質量和異型模板的加工難度為競爭手段。不斷革新模板的加工工藝，深入探討模板的優良設計是目前模板制作的必要前提。只有以實踐結合生產、以用戶使用為生產目的才能更好的滿足市場的需求。

[1]婁曉東，盧丹楓.城市高架-軌道交通一體化橋墩施工技術研究[J].工程建設與設計，2016（09）23-25.

[2]袁書強.高鐵門式框架橋墩施工技術研究[J].交通世界，2017（23）45-46.

[3]杜陽陽.橋墩施工難點及關鍵性技術[J].交通世界，2013（10）78-79.

Design of Irregular Pier Template t for the Diversion Bridge of Yongding River Bridge

LI Hai-xia

（China Railway eighteen Bureau Group Third Engineering Co., Ltd., Zhuozhou, Hebei 072750, China）

The template of Beijing sixth ring beam pier incorporates pier template and beam template. It has features like template diversification, structure spatialization, and complication of one-time pouring of concrete. This paper mainly introduces the design basis and methods of pier template and explores the construction technology of irregular template to provide references for similar engineering.

beam bridge pier; template; force; calculation

U443.22

A

1008—6129（2018）01—0069—07

2018—02—01

李海霞（1981—），女，山東壽光人，中鐵十八局集團三公司，中級工程師。