淺談U型槽定型鋼模板施工技術

許子涵

【摘要】中國建筑業是國家產業的中流砥柱，其穩步增長對國民經濟平穩上升有決定性意義，隨著國際化市場的發展，日益激烈的行業競爭，安全有效節約建筑是必定走向。本文通過對定型鋼模板施工U型槽時受力計算分析，得出鋼模板內力及變形，為采用定型鋼模板施工大型結構提供準確可靠數據。

【關鍵詞】鋼模板;變形;受力計算? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.078

引言：

杭州市蕭山區錢江世紀城先鋒河下穿滬昆鐵路和杭深鐵路、滬昆高鐵立交工程涉鐵段西起環路平交路口，東至五堡河閘，河道總長度約 458.29m。河道自西向東依次下穿杭深鐵路、滬昆高鐵、滬昆鐵路南引橋橋孔、規劃杭甬調整抬升工程橋孔。先鋒河沿線采用U型槽結構，總長度為458.290m。U型槽側墻模板采用定型鋼模板施工。

定型鋼模板配置高度5m，根據最大流水段劃分模板配2.3m*26=59.8m，模板總高度5m，由4.5m+0.5m組合而成，上下層可通用。面板采用5.75mm厚鋼板，豎肋為8號槽鋼，橫肋采用雙10號槽鋼;豎肋水平間距為254mm，第一道橫背楞距模板下端300mm，其余間距約為1000mm。采用M16螺栓來連接兩塊模板，使模板確保整體性，受力合理、可靠。

1、鋼模板單側支架的組成

單側支架分為埋件系統、架體兩部分，其中埋件系統部分包括：U型環、圓鋼插銷、外連桿、碟形螺母、墊片和壓梁，見圖1所示。

在現場自備鋼管、扣件，將幾榀架體連成整體見圖1，使架體合理受力;單側支架則為三角形支架，利用其直角平面抵制模板，用槽鋼和連接件制作而成。模板用于承受混凝土澆筑時的側壓力，而且三角形架體平面壓制模板，使其承受向后推力。埋件系統設置在架體下端直角部位，使架體固定不能后移，因此埋入底板混凝土45°角的埋件系統則是主要受力點。由此得出，埋件系統抵消了混凝土的側壓力以及模板的向上力。

2、豎梁、背楞驗算

2.1側壓力的計算

側壓力是由混凝土施加在模板上的，混凝土澆筑越高，側壓力越大，當澆筑的高度到達某一臨界值，側壓力保持不變，這時側壓力就是混凝土澆筑的最大側壓力。側壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓力。通過理論結合實踐，可按下列公式計算，并取其最小值：

取其中較小值，F=44.58N/m作為模板側壓力的標準值，并考慮傾倒混凝土產生的水平載荷標準值4 kN/ m，分別取荷載分項系數1.2和1.4，則作用于模板的總荷載設計值為：

q=44.58×1.2+4×1.4=59.1kN/ m

本次計算的總荷載設計值為59.1kN/ m

模板高度為5m，澆筑高度為5m，面板采用5.75mm鋼板;豎向背楞采用8號槽鋼，水平背楞采用雙10號槽鋼背楞。

2.2 豎楞驗算

8號槽鋼作可作為支承在橫向背楞上的連續梁計算，其跨距等于橫向背楞的間距最大為L=1000mm。

梁上的荷載為： q=ql=59.1×0.254=15N/mm

F-混凝土的側壓力

l-槽鋼之間的水平距離

E-彈性模量，鋼材取2.1×105 N/mm

f-鋼材抗彎強度設計值，Q235取215 N/mm

2.2.1 總體信息

1、自動計算梁自重，梁自重放大系數1.20

2、材性：Q235

彈性模量 E = 206000 MPa

剪變模量 G = 79000 MPa

質量密度 ρ = 7850 kg/m

線膨脹系數 α = 12x10 / ℃

泊松比 ν = 0.30

屈服強度 fy = 235 MPa

抗拉、壓、彎強度設計值 f = 215 MPa

抗剪強度設計值 fv = 125 MPa

3、截面參數：普槽8

截面上下對稱

截面面積 A = 1024 mm

自重 W = 0.079 kN/m

面積矩 S = 14944 mm

抗彎慣性矩 I = 1013000 mm

抗彎模量 W = 25325 mm

塑性發展系數 γ = 1.05

2.2.2 荷載信息

1、恒荷載

（1）、均布荷載，15.00kN/m，荷載分布：滿布

2.2.3 內力、撓度計算

2.2.4 單元驗算

圖中數值自上而下分別表示：

最大剪應力與設計強度比值

最大正應力與設計強度比值

最大穩定應力與設計比值

若有局穩字樣，表示局部穩定不滿足

（1）、內力范圍、最大撓度

（a）、內力范圍：彎矩設計值 0.00～1.89 kN.m

剪力設計值 -7.55～-0.00 kN

（b）、最大撓度：最大撓度1.32mm，最大撓跨比1/758

（撓度允許值見《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）附錄A.1）

（2）、強度應力

最大剪應力 τ = Vmax * S / I / tw

= 7.55 * 14944 / 1013000 / 5.0 * 1000

= 22.3 MPa ≤ fv = 125 MPa 滿足！

最大正應力 σ = Mmax / γ / W

= 1.89 / 1.05 / 25325 * 1e6

= 71.0 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足！

（3）、穩定應力

整體穩定系數φb = 0.80

最大壓應力 σ = Mmax / φb / W

= 1.89 / 0.80 / 25325 * 1e6

= 93.1 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足

連續梁驗算結論： 滿足

2.3 槽鋼背楞驗算

槽鋼背楞為雙10號槽，背對背間距為50mm，作為主背楞支承在單側支架上，可作為支承在支架上的連續梁計算，其跨距等于單側支架的間距最大為L=750mm。

雙槽鋼上的荷載為：q=ql=59.1×1=59.1N/m。

E-彈性模量，鋼材取2.1×10 N/mm

fm-鋼材抗彎強度設計值，Q235取215 N/mm

2.3.1 總體信息

1、自動計算梁自重，梁自重放大系數1.20

2、材性：Q235

彈性模量 E = 206000 MPa

剪變模量 G = 79000 MPa

質量密度 ρ = 7850 kg/m

線膨脹系數 α = 12x10 / ℃

泊松比 ν = 0.30

屈服強度 fy = 235 MPa

抗拉、壓、彎強度設計值 f = 215 MPa

抗剪強度設計值 fv = 125 MPa

3、截面參數：雙[10#

截面上下不對稱

截面面積 A = 2161 mm

自重 W = 0.166 kN/m

面積矩 S = 38903 mm

抗彎慣性矩 I = 3279600 mm4

抗彎模量 W = 65592（上邊緣） / 65592（下邊緣） mm

塑性發展系數 γ = 1.05（上邊緣） / 1.05（下邊緣）

2.3.2 荷載信息

1、恒荷載

（1）、均布荷載，59.10kN/m，荷載分布：滿布

2.3.3 內力、撓度計算

1、彎矩圖（kN.m）

2.3.4 單元驗算

圖中數值自上而下分別表示：

最大剪應力與設計強度比值

最大正應力與設計強度比值

最大穩定應力與設計比值

若有局穩字樣，表示局部穩定不滿足

（1）、內力范圍、最大撓度

（a）、內力范圍：彎矩設計值 0.00～4.17 kN.m

剪力設計值 -22.24～-0.00 kN

（b）、最大撓度：最大撓度0.51mm，最大撓跨比1/1482

（2）、強度應力

最大剪應力 τ = Vmax * S / I / tw

= 22.24 * 38903 / 3279600 / 6.0 * 1000

= 44.0 MPa ≤ fv = 125 MPa 滿足！

上邊緣最大正應力 σ上 = Mmax / γ上 / W上

= 4.17 / 1.05 / 65592 * 1e6

= 60.5 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足！

下邊緣最大正應力 σ下 = Mmax / γ下 / W下

= 4.17 / 1.05 / 65592 * 1e6

= 60.5 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足！

（3）、穩定應力

整體穩定系數φb = 0.80

最大壓應力 σ = Mmax / φb / W

= 4.17 / 0.80 / 65592 * 1e6

= 79.5 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足

連續梁驗算結論：滿足

3、單側支架計算書

3.1支架受力計算

分析支架受力情況：單側支架主要承受混凝土側壓力，取混凝土最大澆筑高度5m，側壓力取為F=59.1kN/m，有效壓頭h=F/γ，h=2.27m。

單側支架按間距750mm布置，q=59.1×0.75=44.32kN/m

分析支架受力情況：按q=44.32kN/m計算

用MIDAS對單側支架進行受力分析：

組合應力σMAX=107MPa<215Mpa 滿足要求

組合剪力τmax63.4Mpa<100Mpa滿足要求

變形狀態δmax=2.92mm<5200/500=10mm

3.2 支架埋件的驗算

埋件反力為

支點1：Rx=171.3kN，Rz=134.5kN

支點2：Rx=0N， Rz=138.8kN

（F總）2= （Rx）2+（Rz）2=171.32+134.52

F總=217.8KN

與地面角度為：α=45°

共有750/300（若使用強度較高埋件可放大間距）個埋件。

其中單個埋件最大拉力為：F=217.8×（300/750）=87KN滿足要求。

3.3 埋件強度驗算

預埋件為HRB400螺紋鋼d=25mm，埋件最小有效截面積為：A=3.14×12.52=490mm

軸心受拉應力強度：σ=F/A=158×103/490

=177.8MPa <f=360MPa? ?符合要求

3.4 埋件錨固強度驗算

U型環錨固強度的計算，只考慮埋入砼的螺栓表面與砼的粘結力，不考慮螺栓端部的彎鉤在砼基礎內的錨固作用。

錨固強度：F錨=πdhτb=3.14×25×600×3.5

=164kN>F=87.1KN。? ? 符合要求。

4、鋼模板安裝施工

4.1預埋部分安裝

（1）U型環地高出砼墻面50cm。各埋件桿距離為300mm，設置在各端頭的起點與終點。

（2）埋件系統及架體示意圖見上圖，埋件與地面成45°角，現場埋件預埋時要保證埋件在同一條直線上，同時埋件角度必須按45°預埋。

（3）U型環在預埋前，將螺紋用塑料包裹并綁牢，以免施工時砼黏附在絲扣上，影響下一步施工時螺母的連接。

（4）由于U型環不能直接與結構主筋點焊，為保證砼澆筑時埋件不偏位或偏移，要求在相應部位增加附加鋼筋，U型環點焊在附加鋼筋上，點焊時注意不要損壞埋件的有效直徑。

4.2模板及單側支架安裝

（1）單側支架間距約為750mm。

（2）模板及支架安裝流程：鋼筋綁扎并驗收→繪制外墻邊線→拼裝單元模板→連接各單元模板→吊裝架體、連接好相鄰架體，調節模板傾斜度→連接埋件系統→驗收合格后進行混凝土澆筑

（3）合墻體模板時，預先彈好的墻邊線，將模板下口與其對齊，并通過使用鋼管背楞，將墻體模板臨時支撐住。

（4）吊裝單側支架，應輕放輕起，堆放多榀支架時，應在平整場地上相互疊放整齊，避免堆壓變形。

（5）在材料場預先將由標準節和加高節組裝的單側支架拼裝完畢，用塔吊整體吊至現場。

（6）在直面墻體段，每安裝3至4榀單側支架后，穿插埋件系統的壓梁槽鋼。

（7）安裝架體完畢后，埋件系統進行安裝。

（8）用主背楞連接件將單側支架部分與模板背楞連接成整體。

（9）對單側支架后支座進行調節，因單側支架受力后，模板將略向后傾斜，所以模板面板上口向墻內側傾斜約5mm。

結語：

通過對該項目采用定型組合鋼模板受力分析驗算，更加清晰的反應各個結構受力情況，為現場施工提供了可靠的數據。有利于施工過程的安全控制，同時可在現場直接組裝，也可預拼裝成大塊模板或構件模板，更為方便實用; 靈活組裝，適用于多種施工項目;便于安拆，能夠多次周轉，每套鋼模可重復使用多次;模板尺寸精度高，成型后的混凝土規格準確，外形美觀，質量優質，在施工中具有推廣價值。

參考文獻：

[1] 周水興 何兆益 鄒毅松編著.《路橋施工計算手冊》[M].北京：人民交通出版社，2012.

[2] GB50017-2017，《鋼結構設計規范》[S]北京：中國建筑工業出版社，2017.

[3] JTG/T F50—2011，《公路橋涵施工技術規范》[S]北京：中國建筑工業出版社，2011.

[4] 北京邁達斯技術有限公司.《邁達斯gen工程應用指南》[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[5] 邱順東.《橋梁工程軟件邁達斯應用工程實例》[M].北京：人民交通出版社，2011.