大體積混凝土施工模板結構及受力分析

曹月貴 譚旭東 呂 爽 張宏勛 黃 煥

(1 中交四公局第九工程有限公司 北京 100102)(2 沈陽工業大學 沈陽 110870)

1 工程概況

江玉高速公路TJ7標段為貴州江玉高速公路凱德連接線工程，全長11.8km。其中太子寨大橋橋墩屬于高墩的有12根，采用矩形薄壁空心墩，其中6#墩身最高65m。墩底設2m，墩頂設1m的實心段，外角設R30的圓弧。經施工情況考量最后決定采用這種施工方式主要特點是施工速度快，可以減短工期、降低工程造價，還可以保障工程質量。

2 模板結構分析

對于薄壁空心高墩懸臂爬升模板進行結構分析是實現本項目品質工程的重中之重，勢在必行。所以，對薄壁空心高墩懸臂爬升模板進行結構分析，已經成為工程實體施工質量錦上添花的一環，具有重要的社會效益與經濟效益。

3 模板結構設計

此工程采用組合模板，模板構造如圖1所示。其中模板的面板采用18mm厚木模板，豎向背楞采用80×200木工字梁，最大間距為280mm；水平背楞采用雙14號槽鋼背楞，最大間距為1350mm[1]。

3.1 模板設計方案

面板由單塊板拼接而成。在單塊模板結構設計中，膠合板與木工字梁采用地板釘和自攻螺絲進行連接，木工字梁與雙槽鋼采用連接爪連接。木梁直墻模板為裝卸式模板，拼裝十分方便，模板允許砼側壓力為60kN/m2。

圖1 模板的組成

3.2 模板施工工藝

3.2.1 安裝前準備

在施工現場，進行模板的安裝及拼接。在安裝前必須對模板組件進行驗收，合格后方可進行安裝，安裝工人在安裝前必須經過專業人員的培訓。

3.2.2 模板安裝

第一步：在地面上鋪設兩個木梁作為鋪墊，方面吊裝模板。

第二步：在木梁上鋪設雙14槽鋼，在槽鋼上擺設檢驗標準的木梁。

第三步：在木梁上端打22mm的圓孔，在圓孔上安裝木梁吊鉤方便吊裝。

第四步：用木梁連接抓把木梁連接在槽鋼上，固定木梁。

第五步：安裝面板。先安裝一塊面板，固定面板，在兩塊接觸邊緣涂抹密封膠，然后安裝第二塊面板，通過密封膠使兩塊面板連為一體。用墊木方敲打面板減少面板之間的空隙。以此類推，直至整塊面板拼接完成。

第六步：清潔面板表面膠漬。

3.2.3 模板爬升

首先，上層平臺兩人負責掛鉤，固定模板貼近墻體。中層平臺兩人負責松動爬升錐體的螺母，并取下將爬升托架固定在新的爬升錐體上，擰緊螺母。然后，將塔吊掛鉤在模板吊環上并張緊吊鏈；卸掉爬升托架基座處的安全插銷，并松開爬升錐體螺母；塔吊升鉤，吊起單元模板，起吊到位掛在上述爬升錐體上，并擰緊螺母，插入安全插銷[2]。

圖2 澆筑過程

3.2.4 澆筑施工

為了保證工程質量，每次澆筑要模板預留出一定的空間，澆筑高度為4.5m，模板每次只需提升4.5m。第一次澆筑，在第一節承臺上立模板2.3m——進行鋼筋幫扎——進行澆筑2.2m混凝土，留出100mm的預留空間。待混凝土達到一定強度后，綁扎第二節鋼筋，接著安裝第二節4.65m模板，澆筑4.5m高，預留150mm的空間。以此類推，逐節澆筑，直至墩頂。澆筑流程如圖2所示。

4 模板結構受力分析

為滿足施工質量需要對模板結構受力進行分析，本文對模板側壓力以及面板、工字梁、槽鋼等部分進行強度和撓度驗算。

4.1 側壓力計算

在澆筑混凝土過程中會對模板產生側壓力，根據現場測定和相關資料顯示，前期模板側壓力與混凝土澆筑高度成正比，但當澆筑達到一定高度后，模板的側壓力就不會再隨著混凝土的澆筑高度增加[3,4]。結合相關理論研究，側壓力的大小可按下列二式進行計算，并取其最小值作為模板側壓力值：

式中γc=25|kN/m3，t0=6h，V=2m/h，β1=1，β2=1.15代入公式：

F=γcH=25×4.5=112.5kN/m2

取二者中的較小值，即F=53.67kN/m2作為模板側壓力的標準值。

4.2 面板受力驗算

在對面板受力進行驗算時，可以將其視為一個三跨連續梁進行計算，為簡便計算取面板的一榀計算，面板長度取2440mm，寬度取b=1000mm。

4.2.1 強度驗算

線荷載為：q1=ql=70×1=70N/mm。

最大彎矩：Mmax=q1l2/10=(70×3002)/10=0.63×106N/mm。

截面系數：W=bh2/6=1000×212/6=7.35×104mm。

應力：σ=Mmax/W=0.63×106/(7.35×104)=8.5N/mm

故滿足要求

其中：fm=13N/mm2，鋼材E=2.1×105N/mm2，木材E=6.85×103N/mm2。

4.2.2 撓度驗算

不考慮振動荷載的作用下，線荷載為：q2=F1=53.67kN/m

撓度：?=q2l4/(150EI)=53.67×3004/(150×6.85×1000×77.2×104)

=0.55mm<[?]=300/400=0.75

故滿足要求。

截面慣性矩：I=bh3/l2=1000×213/12=77.2×104mm4。

4.3 木工字梁驗算

支承在橫向背楞上的木工字梁作為模板豎肋，看作連續梁進行計算，跨距L=1350mm。

木工字梁上的線荷載為：q3=ql=70×0.300=21N/mm。

4.3.1 強度驗算

最大彎矩：

截面系數：

=46.1×104mm4。

應力：σ=Mmax/W=3.82×106/46.1×104=8.29N/mm

故滿足要求。

4.3.2 撓度驗算

不考慮振動荷載的作用，線荷載為：

q4=F×0.3=16.1kN/m。

撓度：

?=q4l4/(150EI)=16.1×13504/(150×6.85×103×46.1×106)=1.13mm

1.13mm<[?]=1350/400=3.375mm

滿足要求。

4.4 槽鋼背楞驗算

根據施工工藝要求主背楞槽鋼作用在對拉螺桿上，其受力必須要經過驗算，槽鋼可按照支承在拉桿上的連續梁進行計算，并且跨距應等于對拉螺栓的間距，最大不超過 L1=1350mm[5]。

4.4.1 強度驗算

木梁作用在槽鋼上的集中荷載為：

qs=70×0.3×1.35=28.35kN。

最大彎矩：

Mmax=0.175qsL1=0.175×28.35×103×1350=6.7×106N/mm。

雙14槽鋼截面系數：

W=80.5×103×2=161×103mm3。

應力：

σ=Mmax/W=6.7×106/161×103=41.61N/mm2

滿足要求。

截面慣性矩：I=1128×104mm4。

4.4.2 撓度驗算

槽鋼上木梁的集中荷載為：q6=F×0.3×1.35=21.74kN

撓度：

?=1.146q6l3/(100EI)=1.145×21.74×103×13503/(100×2.1×103×11.28×106)

=0.26mm<[?]=1350/400=3.375mm，故滿足要求。

5 結論

本文結合施工現場實際，根據工況設計符合施工要求的澆筑模板結構并對模板各個部分進行的強度及撓度驗算，同時計算出混凝土對模板的側壓力。最終計算結果滿足建筑規范要求，可以保證施工安全。