薄壁空心墩模板設計及受力分析

吳寶喜

（中國鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150001）

薄壁空心墩模板設計及受力分析

吳寶喜

（中國鐵建大橋工程局集團第四工程有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150001）

薄壁空心高墩的模板設計與受力計算，面板、背肋、拉桿等的材料配置分析，施工順序、施工工藝、注意事項的論述。

模板；設計；受力分析

1 模板基本形式

表1

圖1 空心墩身截面圖

2 模板工程設計方案

根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點及國家相關清水混凝土墩柱的施工規(guī)范，以達到施工安全，結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定，剛度合理的目的。本著為客戶著想的設計思路，模板由A墩向B墩流水使用，模板流水過程中不能通用的部分增加模板，確保工程結(jié)構(gòu)的順利施工。本工程模板按106系列設計，模板背楞采用[14#b，模板加固采用高強拉螺栓體內(nèi)對拉形式。本工程具體施工方案如下：

2.1 第一次施工

底部抗?jié)B混凝土作為第一澆筑部分；底部支撐墊石澆筑時應設置預埋件，支模時用木方及設置好的預埋件固定模板底部，防止跑模（圖2），具體加工措施見圖3。

圖2

圖3

2.2 第二次施工

墩身部分施工，詳見后附圖紙（圖4）。

圖4

圖5

2.3 第三次施工

墩頂施工，內(nèi)模頂端施工時，預埋鋼件，作為焊接鋼牛腿支點，然后配合假手架作為頂端托盤及頂帽的底模支撐，見圖5。

整體芯模建議按以下順序支模施工。先支下部腋角模→澆注混凝土→再支直段部分模板→澆注混凝土→拆?！詈笾ы敳磕０?，澆注混凝土。

3 荷載計算

3.1 計算依據(jù)

①假定計算條件；②混凝土澆筑速度為v=2.0m/h；③澆筑溫度為200C；④坍落度為150mm，大于100mm；⑤混凝土摻加外加劑。

3.2 計算過程

3.2.1 側(cè)壓力計算

新澆筑的混凝土作用于模板的側(cè)壓力，按下列二式計算，并取二式中較小值。

對普通混凝土來說，新澆筑混凝土自重標準值γc=24kN/m3；新澆筑混凝土初凝時間（h）取t0=200/（20+15）≈5.71（h）；混凝土的澆筑速度v=2.0m/h；取混凝土側(cè)壓力計算位置處，至新澆混凝土頂面總高度為2.4×5.71=13.7m；外加劑修正系數(shù)β1=1.2；坍落度影響修正系數(shù)β2=1.15。

F=0.22×24×5.71×1.2×1.15×2.01/2=58.84kN/m2，F(xiàn)=24×13.7=328.8kN/m2，取其小值：F=61.4kN/m2

荷載組合：

系數(shù)取值：k活=1.4，k恒=1.2

3.2.2 橋墩模剛度分析

（1）面板分析

①計算單元選取，在最大側(cè)壓力區(qū)選擇1mm寬度分析：

②受力簡圖：僅按平模分析基本為連續(xù)多跨，這里偏大按連續(xù)三跨分析，L=300-48=252（48為10#槽鋼寬度）。

圖6

③強度分析

④剛度分析q線=0.059N/mm2

故面板剛度合格。

（2）背肋剛度分析（按兩端懸臂單跨向支梁分析）

②受力簡圖：按兩端肋承載寬度=300+300/2=450mm分析

q肋=450×0.059=26.55N/mm q肋′=450×0.076=34.2N/mm（如圖 7）

圖7

③強度分析，肋下端為懸臂，最大彎距在下端支座處。

故肋剛度合格。

（3）邊框剛度分析（也按兩端懸臂單跨簡支梁分析）

②受力簡圖

圖8

③剛度分析λ=0.45

故邊框剛度合格。

（4）背楞強度、剛度分析

①最大變形狀態(tài)分析

因柱模穿墻栓內(nèi)間距為1200mm，懸臂500mm；按最不利的兩端懸臂的簡支梁考慮。

②基本數(shù)據(jù)，因豎肋較密，故背楞近似按承受均布荷載計算。背楞為雙14a#槽鋼

③計算簡圖

圖9

④背愣強度分析

σ=M肋/W肋=9120000/16.106×104=56.6N/mm2＜［σ］=215N/mm2，背楞強度合格。

⑤背愣剛度分析

（5）對拉栓構(gòu)件強度分析

①對拉栓最大承載力分析

對拉栓的垂直間距1000mm，水平間距以最不利的中間對拉栓為計算依據(jù)，距左邊對拉栓1400mm，距右邊對拉栓1200mm。中間對拉螺栓最大承載力面積Amax=0.5×（1.2/2+1.4/2）=0.65m2，對拉栓最大承載力為：N柱max=Amaxq側(cè)計=0.65×59=38.4kN

②穿墻栓結(jié)構(gòu)，采用組合穿墻栓，具體見設計圖：

主桿強度安全。

（6）接頭強度分析

接頭強度安全。

（7）搭接頭強度分析

故搭接頭強度安全。

（8）接頭焊縫強度分析

焊縫長L=150－60=90mm，焊縫斷面寬b=2×5=10mm，接頭有四條焊縫同時承剪，采用E43型焊條：

故接頭焊縫強度安全。

（9）錐帽強度分析

與接頭連接端M24×2（內(nèi)螺紋） D大=36 d小=24

外伸端頭：M30×2（外螺紋） d小=27.835

取較小承載面積A接分析。

故錐帽強度安全。

以上計算均為理想狀態(tài)下，考慮到施工現(xiàn)場其他不可預見性情況，應將澆筑速度控制在1.5m/h。

4 模板鋼材配置

墩柱內(nèi)模板直邊面板采用δ=4mmQ235A板，邊框采用δ=12mm扁鋼，豎肋采用[6.3#，橫肋采用8mm扁鋼，豎肋間隔均為300mm左右；體內(nèi)對拉形式的直邊背楞采用雙[10#，圓端環(huán)肋背楞采用雙10mm扁鋼，對拉螺栓采用高強T18螺栓（見圖10～11），高強螺栓為通扣螺紋，采用山型母配套，此高強螺栓的特點是較長螺栓與較短螺栓通用，且強度能夠滿足大部分的施工強度要求。直邊模板與圓端模板采用背楞對拉形式協(xié)上協(xié)助加固（見圖12），用此辦法保正圓弧模板與直板的整體性，保證模板強度。

如施工方有特殊要求，則以施工方要求為準。模板選用材料符合國家現(xiàn)行標準，模板結(jié)構(gòu)設計和焊接質(zhì)量滿足甲方的使用要求。

5 模板拆除注意事項

墩柱澆注完成后，模板由上到下拆除模板，模板在起吊前應注意檢查：

（1）模板的對拉螺桿及連接螺栓是否拆除，檢查模板周邊是否還有兜掛處，如發(fā)現(xiàn)上述問題，應及時拆除后再起吊。

圖10 高強對拉螺栓

圖11 高強對拉螺栓配套螺母

圖12

（2）吊環(huán)是否完好，螺母是否松動、脫落，如果存在此問題模板不允許起吊，必須馬上對其糾正完全達到起吊條件后才能起吊，確保現(xiàn)場施工安全。

[1]施工單位提供的混凝土體尺寸圖紙.

[2]《鐵路橋涵施工規(guī)范》（10203-2002TB）.

[3]《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB5001-2003）.

[4]《鋼結(jié)構(gòu)施工及驗收規(guī)范》（GB50205-2001）.

[5]施工方提供的混凝土澆注條件和混凝土對模板產(chǎn)生的最大側(cè)壓力.

[6]《鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗收標準》（10415-2003TB）.

U445.55+9

A

1004-7344（2016）08-0143-03

2016-3-1