高墩滑模模板設(shè)計(jì)及計(jì)算

李斌 胡文柱 馬捷

摘 要：文章以某高墩施工為背景，對(duì)高墩柱橋梁矩形墩滑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及荷載計(jì)算做介紹，旨在總結(jié)滑模計(jì)算過程，確保技術(shù)安全，也為同類型高墩滑模施工提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：橋梁；高墩；滑模；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；驗(yàn)算

中圖分類號(hào)：U445.39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）20-0167-02

1 工程概述

某大橋?yàn)檫B續(xù)剛構(gòu)橋，主墩截面為矩形突變式，8.5 m× 7 m+7.5 m×7 m，標(biāo)準(zhǔn)段截面面積分別為45 m2、41 m2，最大墩高101 m，墩身混凝土標(biāo)號(hào)為C40，墩頂封頂混凝土標(biāo)號(hào)為C55。

2 施工工藝選擇

為滿足施工要求，同時(shí)對(duì)矩形墩混凝土外觀質(zhì)量控制難點(diǎn)進(jìn)行攻關(guān)，通過比選，采用滑模施工工藝最為合理。

3 滑模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

3.1 模板系統(tǒng)

①模板采用定型組合鋼模板，桁架與模板的連接采用L50×5角鋼焊接。

②模板采用厚6 mm的鋼板冷壓成型，縱肋采用[8槽鋼；橫邊肋用L80×80×8角鋼；縱邊肋采用L80×80×8角鋼，模板的高度為1.25 m。當(dāng)施工結(jié)構(gòu)面為直線段時(shí)，可將模板的長(zhǎng)度加大，以節(jié)約組裝和拆卸用工。

③陰陽角處采用同樣材料制成的角模，角模的上下口傾斜應(yīng)與整體模板相同。陰陽角處可做成小圓弧形。

3.2 支撐系統(tǒng)

①圍圈。圍圈在轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)計(jì)成剛性節(jié)點(diǎn)，圍圈接頭采用等剛度的型鋼連接，連接可采用焊接，螺栓連接每邊2個(gè)。在使用荷載作用下，相鄰提升架之間圍圈的垂直與水平方向的變形不應(yīng)大于跨度的1/500。圍圈放置在提升架立柱的圍圈支托上，用U形螺栓固定。當(dāng)提升架之間的布置距離較大時(shí)（大于3 m）或操作平臺(tái)的桁架直接支承在圍圈上時(shí)，可在上下圍圈之間加設(shè)腹桿，形成平面桁架，以提高承受豎向荷載的能力。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及水平測(cè)壓力計(jì)算，桁架采用矩形桁架梁（截面尺寸100×100 cm），桁架梁主筋采用L90×10角鋼，主肋采用L63×6角鋼，斜肋均采用L50×5角鋼。桁架與模板的連接采用L50×5角鋼焊接。

②F型提升架。矩形墩施工采用F形提升架，按雙千斤頂提升架進(jìn)行設(shè)計(jì)。雙千斤頂提升架沿橫梁布置，其提升架的立柱采用型鋼制成一定截面尺寸的桁架梁。

提升架通過安裝在其橫梁上的千斤頂支撐在爬桿上，整個(gè)滑升荷載通過提升架傳遞給爬桿。爬桿采用Φ48×3.5 mm焊管。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)設(shè)計(jì)，采用F型，“F”型提升架主梁采用[22ba 槽鋼高162.5 cm，千斤頂?shù)鬃鶠?0 mm鋼板，加筋板為 10 mm鋼板。

③支撐桿。支承桿采用Φ48 mm×3.5 mm鋼管，接頭采用焊接方法連接，每次接長(zhǎng)后進(jìn)行支撐桿的垂直度檢查，先加工一段長(zhǎng)度為200 mm的Φ38 mm×3 mm鋼管襯管，并在支承桿兩端各鉆3個(gè)Φ4小孔，當(dāng)千斤頂上部的支承桿還有400 mm時(shí)，將襯管插進(jìn)支承桿內(nèi)1/2，通過3個(gè)小孔點(diǎn)焊后，表面磨平。

3.3 液壓操作系統(tǒng)

3.3.1 液壓控制臺(tái)

液壓系統(tǒng)安裝完畢，應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，首先進(jìn)行充油排氣，然后加壓至12 MPa，每次持壓5 min，重復(fù)3次，各密封處無滲漏，進(jìn)行全面檢查，待各部分工作正常后，再插入支承桿。

3.3.2 液壓千斤頂

液壓系統(tǒng)由YKt-36型液壓控制臺(tái)、HM-100型液壓千斤頂、油管及其他附件組成。

3.4 操作平臺(tái)及防護(hù)系統(tǒng)

工作盤面采用δ50 mm木板鋪平，四周安裝10 cm高踢腳板，外設(shè)φ48×3 mm鋼管防護(hù)欄桿掛設(shè)安全網(wǎng)，護(hù)欄立桿與平臺(tái)采用焊接連接，護(hù)欄橫桿與立桿采用十字扣連接，且護(hù)欄高度不低于1.2 m。輔助平臺(tái)安裝在工作盤下方，用L50×5角鋼組成，盤面用δ50 mm木板鋪密實(shí)，焊接于圍圈和提升架下。吊桿采用Φ18鋼筋，與盤面底L50×5角采用焊接連接，輔助盤盤面寬度一般為700 mm。為了保證安全，其外側(cè)設(shè)φ12 mm鋼筋防護(hù)欄桿掛設(shè)安全網(wǎng)，護(hù)欄立桿與平臺(tái)采用焊接連接，護(hù)欄橫桿與吊桿采用鐵絲綁扎連接，且護(hù)欄高度不低于1.2 m。

3.5 “門”型提升系統(tǒng)

實(shí)心矩形墩、一般空心薄壁墩使用“門”型架作為提升系統(tǒng)。 “門”型架采用Φ159×5 mm無縫鋼管作為支撐柱，雙拼[14 a槽鋼作為橫梁，頂部安裝滑輪。 “門”型架與圍圈長(zhǎng)邊中心焊接，立柱設(shè)置上下爬梯、作業(yè)平臺(tái)。

4 滑模系統(tǒng)驗(yàn)算

4.1 空心薄壁墩8.5 m×7 m截面墩身滑模系統(tǒng)力學(xué)分析

滑模結(jié)構(gòu)取最不利截面進(jìn)行驗(yàn)算，以最大截面8.5 m×7 m空心薄壁墩截面進(jìn)行驗(yàn)算。

4.1.1 施工荷載參數(shù)

①角鋼L80×80×8單位重9.66 kg/m，槽鋼[8單位重8.0 kg/m， 6 mm鋼板容重7 850 kg/m3。

長(zhǎng)邊模板重： 831.981 kg；倒角模板重：73.25 kg；短邊模板重：674.60 kg

鋼模自重：q1=831.981×2+73.25×4+674.60×2=3 306.16 kg；

②桁架采用矩形桁架梁（截面尺寸100×100 cm），桁架梁主肋采用L90×10角鋼，橫、豎肋采用L63×6角鋼，斜肋均采用L50×5角鋼。桁架自重：q2=4.1 t（由邁達(dá)斯模型中提取）。

③滑升系統(tǒng)自重：q3=1.704 t（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)千斤頂、液壓控制系統(tǒng)取值）；

④木材容重取800 kg/m3，平臺(tái)采用模板鋪設(shè)面積為=38 m2；

5 cm厚木板荷載：q4==0.4 kN/m2；總荷載為：G4=38×0.4÷10=1.52 t；

⑤施工人員荷載及小型機(jī)具：

設(shè)計(jì)圍圈時(shí)，q5=1.5 kN/m2；施工平臺(tái)為=31 m2，總荷載為：G5=4.65 t；

⑥墩身鋼筋總重571.8 t，墩身高度為101 m，每延米鋼筋重5.6 t/m，每次主筋安裝高度為4.5 m，鋼筋上料分兩次進(jìn)行。臨時(shí)材料堆積荷載q6=2.03 kN/m2；施工平臺(tái)為=31 m2，總荷載為：G6=31×2.03÷10=6.29 t；

⑦平臺(tái)采用護(hù)欄圍擋周長(zhǎng)度為==48 m，護(hù)欄立桿每1.2 m設(shè)置一道，護(hù)欄總荷載：G7=0.48 t；護(hù)欄荷載：q7=0.0 825 kN/m；

⑧鋼筋φ18單位重2k g/m，5 cm木板單位重800 kg/m3，平臺(tái)底盤結(jié)構(gòu)采用角鋼L75×75×8 mm單位重9.03 kg/m，輔助平臺(tái)護(hù)欄采用鋼筋φ12，單位重0.888 kg/m。

輔助平臺(tái)結(jié)構(gòu)自重=0.552 t；輔助平臺(tái)木板重=1.22 t；輔助平臺(tái)護(hù)欄重=0.146 t；輔助平臺(tái)總荷載q8=1.918 t。

⑨混凝土振搗荷載：q9=2 kN/m2；混凝土沖擊荷載：q10= 2 kN/m2；

⑩施工人員、小型機(jī)具及臨時(shí)材料堆積荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4；滑升摩阻力分項(xiàng)系數(shù)1.4；

11 模板、桁架、木板荷載、輔助平臺(tái)、護(hù)欄荷載及滑升系統(tǒng)自重荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.2；

12 模板高度H：1.25 m；模板尺寸：8.5×7 m；

13 鋼材：Q235；混凝土容重：25 kN/m3。

4.1.2 混凝土對(duì)模板側(cè)壓力荷載

模板所受荷載主要為新澆混凝土對(duì)它的側(cè)壓力、沖擊力和滑升時(shí)混凝土對(duì)它的摩阻力，模板設(shè)計(jì)主要考慮前兩項(xiàng)荷載。墩身截面面積為44.88 m2，計(jì)算時(shí)假定模板底部一定高度的混凝土，不再對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)壓力，同時(shí)將上部側(cè)壓力變化曲線簡(jiǎn)化為直線變化的等效梯形分部，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》，其有關(guān)尺寸按下式確定：

F—側(cè)壓力合力，kN/m；h'—等效梯形上底的高度，m；h—新澆混凝土側(cè)壓力作用高度（一般取0.65H，低溫取0.70H），m；H—模板高度，1.25 m；P—混凝土側(cè)壓力計(jì)算最大值，kN/m2；？酌—混凝土容重，25 kN/m3。

4.1.3 滑升摩阻力

模板滑升時(shí)摩阻力主要包括模板與混凝土之間的粘接力和混凝土與鋼模板的摩擦，根據(jù)《滑動(dòng)模板工程技術(shù)規(guī)范》 （GB 50113-2005），新澆混凝土與鋼模板的粘結(jié)力取0.5 kN/m2，混凝土與鋼模板的摩擦系數(shù)取。

模板面積：A=1.25×8.5×2+7×1.25×2=38.75 m2；

滑升摩阻力：q11=1.4×2×38.75=108.5 kN。

4.2 滑模模板驗(yàn)算

計(jì)算滑?；炷翆?duì)模板側(cè)壓強(qiáng)度荷載組合：混凝土振搗荷載q9+混凝土側(cè)壓力F，計(jì)算滑?；炷翆?duì)模板側(cè)壓剛度荷載組合：

強(qiáng)度荷載組合：P=1.4F+1.4q9=1.4×6.19+1.4×2=11.466 kN/m2；

采用MIDAS建模并添加壓力荷載P=11.466 kN/m2計(jì)算，模板與桁架連接處按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行約束邊界條件，受力模型，如圖1所示。

經(jīng)MIDAS軟件計(jì)算，其強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果為：

板8#槽鋼最大彎曲應(yīng)力11.9 MPa，模板鋼板最大彎曲應(yīng)力29.6 MPa。σ=26.9 MPa<215 MPa，滿足要求。

模板8#槽鋼背楞剪應(yīng)力最大剪應(yīng)力6.8 MPa，模板鋼板最大剪應(yīng)力16.7 MPa。σ=16.7 MPa<145 MPa，滿足要求。

計(jì)算滑模混凝土對(duì)模板側(cè)壓剛度荷載組合：P=F=8.66 kN/m2

模板8#槽鋼背楞最大變形0.43 mm，f=0.43 mm<= 2 mm ，滿足要求。

結(jié)論：由上述可知，鋼模板的剛度滿足施工要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] JB 50113-2005，滑動(dòng)模工程技術(shù)規(guī)范[S].

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