淺談空心板梁變截面內(nèi)模的設(shè)計(jì)

陳志強(qiáng)

湖南長(zhǎng)沙中鐵五局一公司

淺談空心板梁變截面內(nèi)模的設(shè)計(jì)

陳志強(qiáng)

湖南長(zhǎng)沙中鐵五局一公司

本文通過對(duì)某公跨鐵20m空心板梁變截面內(nèi)模設(shè)計(jì)過程的分析，在不影響空心板梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量的前提下，采用活絡(luò)式抽芯內(nèi)模技術(shù)，不僅順利取出了內(nèi)模，而且節(jié)約了拆模時(shí)間，達(dá)到了內(nèi)模循環(huán)使用的目的。

變截面；內(nèi)模設(shè)計(jì)；活絡(luò)式；空心板梁；抽芯內(nèi)模

1 引言

公路橋梁建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力空心板梁因其受力明確、構(gòu)造簡(jiǎn)單、易于施工而發(fā)展較快，是國內(nèi)橋梁應(yīng)用最為廣泛的橋型之一。較為普遍的梁板跨徑有13m、16m、20m，與其他形式的梁相比，具有截面小、自重輕、剛度大、抗裂度高、抗彎性能好、耐久性好、使用年限長(zhǎng)、變形小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。既可現(xiàn)澆又能預(yù)制，利于集中成批生產(chǎn)，能夠有效提高工程施工質(zhì)量進(jìn)度，有著極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 工程概況

某公跨鐵20m空心板梁寬為124cm，梁高為95cm，混凝土重力密度26.0kN/m3,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，采用集中預(yù)制的方法制梁，要求梁端與梁身整體澆筑，一次成型，模板可重復(fù)利用，脫模容易。

3 傳統(tǒng)模板介紹

通過調(diào)研大量資料，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)空心板梁在預(yù)制過程中一般采用橡膠氣囊或者木芯模。橡膠氣囊?guī)缀纬叽缛菀桩a(chǎn)生變形、位置不好控制，常發(fā)生內(nèi)模上浮現(xiàn)象，從而造成頂板厚度減小，在張拉起拱時(shí)產(chǎn)生裂縫，直接影響了空心板梁的質(zhì)量。而木芯模，剛度較差，造成芯模上浮和板內(nèi)表面漏漿；周轉(zhuǎn)次數(shù)少，折算成本高；不易散熱，容易產(chǎn)生混凝土裂縫；節(jié)數(shù)多，裝卸速度慢。為了保證模板的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，目前國內(nèi)16m以上空心板梁內(nèi)模已成功采用鋼模板。

以往空心板梁鋼模板分為外模、內(nèi)底模、內(nèi)側(cè)模、內(nèi)頂模。在施工過程中，首先安裝剛外模、內(nèi)底模、內(nèi)側(cè)模，然后進(jìn)行第一次澆筑，待澆筑的混凝土初凝后拆除內(nèi)底模跟內(nèi)側(cè)模，然后再安裝內(nèi)頂模進(jìn)行第二次澆筑。兩次混凝土澆筑時(shí)間間隔約為4～6小時(shí)，而且兩次澆筑導(dǎo)致了明顯的施工縫，不僅在外觀上留下了一道顯眼的疤痕，更為嚴(yán)重的是影響了空心板梁整體質(zhì)量。

4 鋼模的設(shè)計(jì)

下面以20m空心板梁為例，詳細(xì)介紹變截面活絡(luò)式抽芯內(nèi)模的設(shè)計(jì)方法。

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

如圖1所示，空心板梁內(nèi)模由兩個(gè)截面構(gòu)成，其中端頭截面尺寸為60cmx71cm，中間截面尺寸為76cmx71cm，端頭截面比中間截面小。

4.2 方案分析

由于空心板梁幾何尺寸較小，工人很難進(jìn)入洞口拆除內(nèi)模，所以根據(jù)實(shí)際情況決定采用目前較為先進(jìn)的活絡(luò)式抽芯內(nèi)模。但是受內(nèi)模變截面的影響，要想順利抽出模板，須使大截面處的模板穿過小截面后，方可脫模，這樣就增加了設(shè)計(jì)難度，并最終導(dǎo)致內(nèi)模的拆除更加困難。

4.3 設(shè)計(jì)原理

活絡(luò)式抽芯內(nèi)模的設(shè)計(jì)原理是：內(nèi)模斷面設(shè)計(jì)為一個(gè)閉合圈，采取彷“雨傘”形內(nèi)模支撐，運(yùn)用雨傘開合的原理，起到推撐和拉合的效果。安裝時(shí)推起槽鋼拉桿，使內(nèi)模撐起并達(dá)到內(nèi)模的設(shè)計(jì)尺寸后，通過簡(jiǎn)易的固定實(shí)現(xiàn)模板支立；混凝土澆筑完畢并達(dá)到拆模條件后，松開簡(jiǎn)易固定處的螺栓，通過電動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)拖動(dòng)槽鋼拉桿，槽鋼拉桿的前移帶動(dòng)模板的收縮，實(shí)現(xiàn)模板與混凝土的分離，從而將芯模從梁內(nèi)取出。

4.4 模板設(shè)計(jì)

4.4.1 長(zhǎng)度分節(jié)

根據(jù)業(yè)主交底要求，考慮拆除內(nèi)模的便捷性，結(jié)合拆除拉力和施工拼裝長(zhǎng)度，將內(nèi)模設(shè)計(jì)制作為6個(gè)獨(dú)立單元，其中標(biāo)準(zhǔn)單元長(zhǎng)3m，共4個(gè)，用于中間截面；非標(biāo)準(zhǔn)單元長(zhǎng)4m，共2個(gè)，用于兩端變截面。在滿足施工拼裝長(zhǎng)度20m的條件下，這樣分塊不僅減少了模板類型，而且增加了模板的通用性，便于生產(chǎn)加工及組裝。內(nèi)模憑借自身的重梁和鋼筋網(wǎng)的作用，各獨(dú)立單元之間不需要采用連接。

4.4.2 截面分塊

圖1 20m空心板梁設(shè)計(jì)參數(shù)

以往等截面內(nèi)模都是由左右對(duì)稱的4塊模板合并而成，對(duì)于變截面內(nèi)模，由于受到空間的限制，若采用左右對(duì)稱模板，將導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)節(jié)(大截面模板)不能脫模。鑒于此，我們以腹板中心為界，將模板分為上下兩部分，并將其設(shè)計(jì)為左右不對(duì)稱模板，拆模的時(shí)候先將較小的模板拿出，然后再拆除較大一側(cè)模板，確保模板能順利拿出。具體分塊見圖2。

圖2 空心板梁模板橫截面圖

4.4.3 旋轉(zhuǎn)合頁

為確保模板能隨拉桿的推拉靈活張開、收縮，模板采用合頁的連接方式，在上下模板腹板分界處焊接無縫鋼管，通過銷子緊固，當(dāng)推動(dòng)拉桿時(shí)，上下模板借助合頁沿銷子軸線旋轉(zhuǎn)，見示意圖3。

圖3 內(nèi)模整體結(jié)構(gòu)斷面圖

4.4.4 連接裝置

在模板能夠靈活張開收縮的前提下，既要確保模板張開時(shí)的尺寸與設(shè)計(jì)尺寸相符，又要保證模板收縮時(shí)能順利脫模，連接裝置起到了支撐和推拉的作用，是整套模板系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一部分。連接裝置由槽鋼拉桿及2個(gè)縱向支撐板組成，通過三處鉸鏈傳動(dòng)連接。中間鉸鏈主要用于支撐板與拉桿間的連接，而兩側(cè)的鉸鏈一方面與模板相連接，另外一方面通過拉桿的軸向運(yùn)動(dòng)，使兩側(cè)鋼模向中心收縮，確保模板順利脫出。

4.4.5 轉(zhuǎn)動(dòng)干涉

該內(nèi)模結(jié)構(gòu)鉸鏈較多，加之內(nèi)截面尺寸小，尤其是帶八邊形的棱角又多，在收縮張拉的過程中極易產(chǎn)生干涉，所以在模板的設(shè)計(jì)中要排除干涉。如圖2所示，當(dāng)向外拉動(dòng)拉桿的時(shí)候，上下模板圍繞合頁軸心旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)模板向中心收縮。這時(shí)候要特別注意左右模板搭接處的角度，該角度必須滿足模板收縮時(shí)不對(duì)頂板混凝土產(chǎn)生向上的壓力，即必須滿足模板在以合頁軸心為圓心，以模板最遠(yuǎn)點(diǎn)為半徑的圓內(nèi)運(yùn)動(dòng)不干涉。

4.4.6 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

預(yù)應(yīng)力空心板在混凝土澆筑過程中，混凝土對(duì)內(nèi)模有較大的浮力，如果內(nèi)模固定不牢，就會(huì)發(fā)生內(nèi)模上浮現(xiàn)象，造成頂板厚度減小，同時(shí)在張拉起拱時(shí)造成裂縫。

根據(jù)《建筑施工手冊(cè)》，采用內(nèi)部振搗器時(shí)，新澆混凝土對(duì)模板的最大側(cè)壓力取下面兩式中較小值：

振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的載荷為4.0kN/m2;

將空心板梁近似為立方體，因其澆筑高度＜1m,可將混凝土近似為純液體，通過混凝土壓力隨深度變化的曲線可知,當(dāng)混凝土剛好覆沒內(nèi)模頂部時(shí)混凝土對(duì)空心板梁內(nèi)模的浮力最大，選用5mm面板，L63x63x6加強(qiáng)筋，每個(gè)單元（3m）模板重量0.72t。

其中：h為有效壓頭高度，h=F/γC(m)

根據(jù)上述結(jié)果可看出，每個(gè)單元（3m）內(nèi)模的浮力小于內(nèi)模自重，在澆筑過程中可保證內(nèi)模不上浮，無需采取抗浮措施，設(shè)計(jì)合理。

圖4 側(cè)壓力計(jì)算分布圖

5 結(jié)束語

某公跨鐵采用變截面活絡(luò)式抽芯鋼模，成功預(yù)制了20m變截面空心板梁，梁板成品拼縫少、表面光滑，頂板、腹板各項(xiàng)幾何尺寸均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，整體受力性能較好，而且施工簡(jiǎn)單，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了施工成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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