某大橋5號(hào)墩主塔施工中液壓自爬模計(jì)算分析

何 浩，余天慶，寇 越

（1湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢430068；2中鐵十二局集團(tuán)第四工程有限公司，陜西 西安710000）

1 工程概況

某長江大橋5＃墩是全橋三個(gè)主塔墩中江南側(cè)的邊墩，其基礎(chǔ)處于南岸大堤前灘地坡腳上，按施工前地貌承臺(tái)一面臨水、一面被大堤前探底護(hù)坡掩埋.5＃墩塔柱為花瓶形鉆石構(gòu)造，塔高209m，主塔順橋向?qū)?～8.8m.下塔柱高29.0m，中塔柱高106.241m，上塔柱高59.848m，均采用單箱單室截面，下橫梁高10.911m，橫橋向長48m，順橋向?qū)? m，采用單箱單室截面，頂、底板厚度為0.8m，腹板厚度為0.8m，橫梁頂面留有1個(gè)進(jìn)人孔，頂面布置有支座墊石及阻尼裝置的固定墊塊.由于本工程場地復(fù)雜，運(yùn)輸困難，施工影響因素大，為了趕在汛期之前完成工期，決定采用液壓自爬模施工方案.

2 液壓自爬模的原理及特點(diǎn)

液壓自爬模系統(tǒng)主要是由兩個(gè)部分組成（圖1）：1）模板系統(tǒng).由模板、上平臺(tái)、圍護(hù)欄、外爬架和支撐桿件一系列組成；2）液壓裝置.主要由液壓操作平臺(tái)和液壓缸組成.其中外爬架、上平臺(tái)、導(dǎo)軌、預(yù)埋件和高強(qiáng)螺栓是主要的可靠度受力計(jì)算分析對(duì)象.液壓自爬模是鋼筋混凝土豎向結(jié)構(gòu)施工的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，它是通過固定在建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行裝設(shè)設(shè)定高度的模板，然后再進(jìn)行鋼筋的綁扎和混凝土的澆筑工作，當(dāng)混凝土到達(dá)強(qiáng)度后，利用千斤頂對(duì)模板系統(tǒng)進(jìn)行提升或者頂升，如此反復(fù)循環(huán)而完成整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的施工.液壓自爬模有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)［1］：1）施工的機(jī)械化程度比較高，整個(gè)施工過程只需要一次模板組裝，整個(gè)施工過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，施工條件好，澆筑混凝土方便；2）適應(yīng)能力強(qiáng)，可以根據(jù)橋墩的型式，設(shè)計(jì)適合的支架和模板；3）操作方便，可以事先在操作平臺(tái)上組裝，對(duì)工人的素質(zhì)要求不高，保證了工程質(zhì)量；4）模板采用大面積鋼模，整體性良好，澆筑出來的混凝土表面平整，外表美觀.

圖1 液壓自爬模結(jié)構(gòu)圖

3 液壓自爬模計(jì)算分析

3.1 計(jì)算參數(shù)及荷載分布

自爬模的工作平臺(tái)最大允許承載為1.5kN／m2；爬升裝置工作平臺(tái)最大允許承載為0.75kN／m2；模板后移操作及拆卸爬錐修補(bǔ)平臺(tái)最大允許承載為0.75kN／m2；除與結(jié)構(gòu)連接的關(guān)鍵部件外，其它鋼結(jié)構(gòu)剪力設(shè)計(jì)值為FV＝125kN；拉力設(shè)計(jì)值為F＝215kN；爬模的每件液壓缸的推力為100kN（即10t）；自爬模爬升時(shí)，結(jié)構(gòu)砼抗壓強(qiáng)度不低于15MPa.模板自重為0.65kN／m2［2］；下塔柱仰爬時(shí)架體受力最大，下塔仰爬架體布置見圖2（共4個(gè)機(jī)位）.

圖2 下塔仰爬架體布置圖

由布置圖可知單個(gè)機(jī)位系統(tǒng)承擔(dān)最寬為2.65 m，包含平臺(tái)橫梁、跳板、液壓設(shè)備及工具等.其中木腳手板重量為861kg；橫梁重量為897kg；橫向連接鋼管及扣件為526kg，合計(jì)總重為22.84kN，作用在主平臺(tái)橫梁上，主橫梁長2 500mm，故線荷載為9.136kN／m［3］.仰爬時(shí)墩身傾角為9°，混凝土有部分分力由架體承擔(dān)（圖3）.混凝土倒三角處仍然還有方向指向F的側(cè)傾分力存在.

圖3 混凝土分力簡圖

則

混凝土自重分到后移架體上的均布荷載為

混凝土自重分力板作用在主背楞上的線荷載為

3.2 架體受力分析

用計(jì)算軟件SAP2000對(duì)架體進(jìn)行受力分析，按以上計(jì)算參數(shù)取值，通過計(jì)算、設(shè)置節(jié)點(diǎn)（圖4）.

圖4 支架節(jié)點(diǎn)矩圖

各主要桿件的軸力、彎矩、剪力最大值見表1.

表1 主要桿件軸力、彎矩、剪力值

因受拉桿件遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求，只需對(duì)受壓桿件進(jìn)行失穩(wěn)驗(yàn)算，分析結(jié)果見表2.

表2 受壓桿失穩(wěn)驗(yàn)算分析表

各桿件軸向應(yīng)力均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f＝215 N／mm2，故滿足要求.

3.3 單個(gè)埋件的抗拔力計(jì)算

F＝A（τssinα＋δscosα）＝0.1fc（0.9h2＋bh）＝177.73kN＞150kN，其中fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（15N／mm2）；h為破壞錐體高度（通常與錨固深度相同）（400mm）；b為錨板邊長（80mm）［4］.

圖6 螺栓拔出破壞圖

3.4 錨板處砼的局部受壓抗壓力計(jì)算

FL#1.35βCβLfcALn，ALn為砼的局部受壓凈面積（80×80mm2）；fc為砼軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（15 N／mm2）；βc為砼強(qiáng)度影響系數(shù)（查值為0.94）；βL為砼局部受壓時(shí)的強(qiáng)度提高系數(shù)（2）［4］；最后算得FL＝1.35×0.94×2×15×6 400kN＝243.65kN＞150kN，所以滿足承載力要求.

3.5 受力螺栓的抗剪力和抗拉力的計(jì)算

可知單個(gè)機(jī)位是雙埋件，所以單個(gè)埋件的剪力設(shè)計(jì)值FV＝50kN，且拉力設(shè)計(jì)值為F＝75kN；螺栓抗壓強(qiáng)度值、抗拉強(qiáng)度值、抗彎強(qiáng)度值查規(guī)范可以得知，其抗拉強(qiáng)度值f＝640N／mm2，其抗剪強(qiáng)度fv＝320kN／mm2［4］.

抗剪驗(yàn)算：

故滿足要求.

抗拉驗(yàn)算：

故滿足要求.

符合要求.

3.6 承重插銷的抗剪力計(jì)算

承重插銷如圖6，其承重銷的設(shè)計(jì)承載為200 kN.根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙可得承重銷的截面尺寸是：

可查五金手冊(cè)鋼Q235的抗拉屈服強(qiáng)度是215N／mm2，可以推出其抗剪強(qiáng)度［3］

由于有兩剪面，可以算出插銷承載力是

可以得到承重插銷可以滿足設(shè)計(jì)要求.

圖6 插銷立面圖

4 結(jié)論

液壓自爬模已經(jīng)在武漢二七長江大橋5＃墩主塔施工中得到了成功的應(yīng)用，計(jì)算液壓自爬模的內(nèi)力過程中，使用軟件SAP2000計(jì)算得出模板系統(tǒng)在施工過程中加載作用下的內(nèi)力狀態(tài)，通過經(jīng)驗(yàn)公式驗(yàn)算得出在5＃墩混凝土澆筑過程中模版系統(tǒng)是安全的，同時(shí)在實(shí)際施工實(shí)踐中模板系統(tǒng)零安全事故就是對(duì)驗(yàn)算的正確性最好的證明.此計(jì)算方法經(jīng)驗(yàn)有足夠的精度在日后同類型的爬模計(jì)算設(shè)計(jì)中具有良好的參考使用價(jià)值.

［1］崔凌岳.谷拉河大橋墩液壓自爬模施工受力分析［J］.華東交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，24：13－15.

［2］中國建筑科學(xué)研究院.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［3］中華人民共和國建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

［4］江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.