大體積混凝土施工模板結(jié)構(gòu)及受力分析

曹月貴 譚旭東 呂 爽 張宏勛 黃 煥

(1 中交四公局第九工程有限公司 北京 100102)(2 沈陽工業(yè)大學(xué) 沈陽 110870)

1 工程概況

江玉高速公路TJ7標(biāo)段為貴州江玉高速公路凱德連接線工程，全長11.8km。其中太子寨大橋橋墩屬于高墩的有12根，采用矩形薄壁空心墩，其中6#墩身最高65m。墩底設(shè)2m，墩頂設(shè)1m的實(shí)心段，外角設(shè)R30的圓弧。經(jīng)施工情況考量最后決定采用這種施工方式主要特點(diǎn)是施工速度快，可以減短工期、降低工程造價(jià)，還可以保障工程質(zhì)量。

2 模板結(jié)構(gòu)分析

對(duì)于薄壁空心高墩懸臂爬升模板進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析是實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目品質(zhì)工程的重中之重，勢(shì)在必行。所以，對(duì)薄壁空心高墩懸臂爬升模板進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，已經(jīng)成為工程實(shí)體施工質(zhì)量錦上添花的一環(huán)，具有重要的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

3 模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此工程采用組合模板，模板構(gòu)造如圖1所示。其中模板的面板采用18mm厚木模板，豎向背楞采用80×200木工字梁，最大間距為280mm；水平背楞采用雙14號(hào)槽鋼背楞，最大間距為1350mm[1]。

3.1 模板設(shè)計(jì)方案

面板由單塊板拼接而成。在單塊模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，膠合板與木工字梁采用地板釘和自攻螺絲進(jìn)行連接，木工字梁與雙槽鋼采用連接爪連接。木梁直墻模板為裝卸式模板，拼裝十分方便，模板允許砼側(cè)壓力為60kN/m2。

圖1 模板的組成

3.2 模板施工工藝

3.2.1 安裝前準(zhǔn)備

在施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行模板的安裝及拼接。在安裝前必須對(duì)模板組件進(jìn)行驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行安裝，安裝工人在安裝前必須經(jīng)過專業(yè)人員的培訓(xùn)。

3.2.2 模板安裝

第一步：在地面上鋪設(shè)兩個(gè)木梁作為鋪墊，方面吊裝模板。

第二步：在木梁上鋪設(shè)雙14槽鋼，在槽鋼上擺設(shè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的木梁。

第三步：在木梁上端打22mm的圓孔，在圓孔上安裝木梁吊鉤方便吊裝。

第四步：用木梁連接抓把木梁連接在槽鋼上，固定木梁。

第五步：安裝面板。先安裝一塊面板，固定面板，在兩塊接觸邊緣涂抹密封膠，然后安裝第二塊面板，通過密封膠使兩塊面板連為一體。用墊木方敲打面板減少面板之間的空隙。以此類推，直至整塊面板拼接完成。

第六步：清潔面板表面膠漬。

3.2.3 模板爬升

首先，上層平臺(tái)兩人負(fù)責(zé)掛鉤，固定模板貼近墻體。中層平臺(tái)兩人負(fù)責(zé)松動(dòng)爬升錐體的螺母，并取下將爬升托架固定在新的爬升錐體上，擰緊螺母。然后，將塔吊掛鉤在模板吊環(huán)上并張緊吊鏈；卸掉爬升托架基座處的安全插銷，并松開爬升錐體螺母；塔吊升鉤，吊起單元模板，起吊到位掛在上述爬升錐體上，并擰緊螺母，插入安全插銷[2]。

圖2 澆筑過程

3.2.4 澆筑施工

為了保證工程質(zhì)量，每次澆筑要模板預(yù)留出一定的空間，澆筑高度為4.5m，模板每次只需提升4.5m。第一次澆筑，在第一節(jié)承臺(tái)上立模板2.3m——進(jìn)行鋼筋幫扎——進(jìn)行澆筑2.2m混凝土，留出100mm的預(yù)留空間。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，綁扎第二節(jié)鋼筋，接著安裝第二節(jié)4.65m模板，澆筑4.5m高，預(yù)留150mm的空間。以此類推，逐節(jié)澆筑，直至墩頂。澆筑流程如圖2所示。

4 模板結(jié)構(gòu)受力分析

為滿足施工質(zhì)量需要對(duì)模板結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行分析，本文對(duì)模板側(cè)壓力以及面板、工字梁、槽鋼等部分進(jìn)行強(qiáng)度和撓度驗(yàn)算。

4.1 側(cè)壓力計(jì)算

在澆筑混凝土過程中會(huì)對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)壓力，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定和相關(guān)資料顯示，前期模板側(cè)壓力與混凝土澆筑高度成正比，但當(dāng)澆筑達(dá)到一定高度后，模板的側(cè)壓力就不會(huì)再隨著混凝土的澆筑高度增加[3,4]。結(jié)合相關(guān)理論研究，側(cè)壓力的大小可按下列二式進(jìn)行計(jì)算，并取其最小值作為模板側(cè)壓力值：

式中γc=25|kN/m3，t0=6h，V=2m/h，β1=1，β2=1.15代入公式：

F=γcH=25×4.5=112.5kN/m2

取二者中的較小值，即F=53.67kN/m2作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值。

4.2 面板受力驗(yàn)算

在對(duì)面板受力進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，可以將其視為一個(gè)三跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，為簡便計(jì)算取面板的一榀計(jì)算，面板長度取2440mm，寬度取b=1000mm。

4.2.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

線荷載為：q1=ql=70×1=70N/mm。

最大彎矩：Mmax=q1l2/10=(70×3002)/10=0.63×106N/mm。

截面系數(shù)：W=bh2/6=1000×212/6=7.35×104mm。

應(yīng)力：σ=Mmax/W=0.63×106/(7.35×104)=8.5N/mm

故滿足要求

其中：fm=13N/mm2，鋼材E=2.1×105N/mm2，木材E=6.85×103N/mm2。

4.2.2 撓度驗(yàn)算

不考慮振動(dòng)荷載的作用下，線荷載為：q2=F1=53.67kN/m

撓度：?=q2l4/(150EI)=53.67×3004/(150×6.85×1000×77.2×104)

=0.55mm<[?]=300/400=0.75

故滿足要求。

截面慣性矩：I=bh3/l2=1000×213/12=77.2×104mm4。

4.3 木工字梁驗(yàn)算

支承在橫向背楞上的木工字梁作為模板豎肋，看作連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，跨距L=1350mm。

木工字梁上的線荷載為：q3=ql=70×0.300=21N/mm。

4.3.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

最大彎矩：

截面系數(shù)：

=46.1×104mm4。

應(yīng)力：σ=Mmax/W=3.82×106/46.1×104=8.29N/mm

故滿足要求。

4.3.2 撓度驗(yàn)算

不考慮振動(dòng)荷載的作用，線荷載為：

q4=F×0.3=16.1kN/m。

撓度：

?=q4l4/(150EI)=16.1×13504/(150×6.85×103×46.1×106)=1.13mm

1.13mm<[?]=1350/400=3.375mm

滿足要求。

4.4 槽鋼背楞驗(yàn)算

根據(jù)施工工藝要求主背楞槽鋼作用在對(duì)拉螺桿上，其受力必須要經(jīng)過驗(yàn)算，槽鋼可按照支承在拉桿上的連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算，并且跨距應(yīng)等于對(duì)拉螺栓的間距，最大不超過 L1=1350mm[5]。

4.4.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

木梁作用在槽鋼上的集中荷載為：

qs=70×0.3×1.35=28.35kN。

最大彎矩：

Mmax=0.175qsL1=0.175×28.35×103×1350=6.7×106N/mm。

雙14槽鋼截面系數(shù)：

W=80.5×103×2=161×103mm3。

應(yīng)力：

σ=Mmax/W=6.7×106/161×103=41.61N/mm2

滿足要求。

截面慣性矩：I=1128×104mm4。

4.4.2 撓度驗(yàn)算

槽鋼上木梁的集中荷載為：q6=F×0.3×1.35=21.74kN

撓度：

?=1.146q6l3/(100EI)=1.145×21.74×103×13503/(100×2.1×103×11.28×106)

=0.26mm<[?]=1350/400=3.375mm，故滿足要求。

5 結(jié)論

本文結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，根據(jù)工況設(shè)計(jì)符合施工要求的澆筑模板結(jié)構(gòu)并對(duì)模板各個(gè)部分進(jìn)行的強(qiáng)度及撓度驗(yàn)算，同時(shí)計(jì)算出混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力。最終計(jì)算結(jié)果滿足建筑規(guī)范要求，可以保證施工安全。