壟井特大橋主墩墩身外模木模板設計

【摘 要】 高墩外模采用進口優質木模板設計，力學計算

【關鍵詞】 墩身 木模板 設計

1 概述

壟井特大橋左9右10號，左10右11號主墩為兩端剛性固接的鋼筋混凝土雙柱式柔性墩，縱向由兩片薄壁墩組成，每片薄壁墩的下段為矩形實心截面，上段為矩形空心截面，頂部2.0米范圍為矩形實心截面，橫橋向6米，順橋向3米，左9右10墩H1號墩墩身高度為76.65米和76.81米左10右11號墩墩身高度為56.35米和56.52米。

2 模板方案考慮

本工程由于外觀質量、進度要求較高，而傳統翻模鋼模板施工存在模板加工復雜，重量過大以及外觀質量不穩定等問題，通過綜合考慮選用進口優質木模板，采用預埋爬錐，塔吊提升的施工方法，以確保工程質量和進度。

3 模板組成

本模板主要由豎向背楞、橫向背楞，面板，以及吊鉤、背楞連接器、連接爪等輔助設施組成，其中面板采用21mm進口木板.，模板豎肋采用80x200mm工字木梁，中心間距200mm， 模板橫肋采用80x140mm雙槽鋼背楞，沿高度方向布置四道，間距為1250mm，拉桿橫向最大間距為1300mm。四角設置斜拉桿，拉桿采用直徑20mm圓鋼，大面模板尺寸為6042 x4650mm，小面模板尺寸為3000 x4650mm，每次澆筑高度為4.5m。陽角處模板通過45度的斜拉桿連接，角部形成企口形式，斜拉桿為45度方向受力，能有效保證模板角部不脹模不漏漿（見圖1、2）。

4 模板力學性能驗算

4.1 側壓力計算

混凝土作用于模板的側壓力，根據測定，隨混凝土澆筑高度而增加，當澆筑高度達到某一臨界時，側壓力就不再增加，此時的側壓力即為新澆筑混凝土的最大側壓力。側壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實踐，可按下列二式計算，并取其最小值：

F=0.22γct0β1β2V1/2

F=γcH

式中 F------新澆筑混凝土對模板的最大側壓力（KN/m2）

γc------混凝土的重力密度（kN/m3）取25 kN/m3

t0------新澆混凝土的初凝時間（h），可按實測確定。當缺乏實驗資料時，可采用t=200/（T+15）計算；t=200/（25+15）=5

T------混凝土的溫度（°）取25°

V------混凝土的澆灌速度（m/h）；取2m/h

H------混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度（m）；取4.5m

β1------外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1；

β2------混凝土塌落度影響系數，當塌落度小于30mm時，取0.85；50—90mm時，取1；110—150mm時，取1.15。取1

F=0.22γct0β1β2V1/2

=0.22x25x5x1x1x21/2

=38.9kN/m2

F=γcH

=25x4.5=112.5kN/ m2

取二者中的較小值，F=38.9kN/ m2作為模板側壓力的標準值，并考慮傾倒混凝土產生的水平載荷標準值4 kN/ m2，分別取荷載分項系數1.2和1.4，則作用于模板的總荷載設計值為：

q=38.9x1.2+4x1.4=52.3 kN/ m2

4.2 面板驗算

將面板視為兩邊支撐在木工字梁上的多跨連續板計算，面板長度取標準板板長2440mm，板寬度b=1000mm，面板為21mm厚膠合板，木梁間距為l=280mm。

4.2.1 強度驗算

面板最大彎矩：Mmax=ql2/10=（52.3x280x280）/10=0.41x106N.mm

面板的截面系數：W=1/6bh2=1/6x1000x212=7.35x104mm3

應力：ó= Mmax/W=0.41x106/7.35x104=5.58N/mm2

故滿足要求

其中：fm-木材抗彎強度設計值，取13 N/mm2

E-彈性模量，木材取9.5x103 N/mm2，鋼材取2.1x105 N/mm2

4.2.2 剛度驗算：

剛度驗算采用標準荷載，同時不考慮振動荷載的作用，則

q2=38.9x1=38.9 kN/ m

模板撓度由式ω= q2l4/150EI=38.9x2804/（150x9.5x1000x77.2x104）

=0.22mm<[ω]=280/400=0.7mm

故滿足要求

面板截面慣性矩：I=bh3/12=1000X213/12=77.2X104mm4

4.3 木工字梁驗算：

木工字梁作為豎肋支承在橫向背楞上，可作為支承在橫向背楞上的連續梁計算，其跨距等于橫向背楞的間距最大為L=1350mm。

木工字梁上的荷載為：q3=Fl=52.3X0.28=14.67N/mm

F-混凝土的側壓力

l-木工字梁之間的水平距離

4.3.1 強度驗算

最大彎矩Mmax=0.1 q3L2=0.1x14.67x1350x1350=2.68x106N.mm

木工字梁截面系數：

W=（1/6H）X[BH3-（B-b）h3]

= （1/6X200）X[80X2003-（80-30）X1203]=46.1X104mm2

應力：ó= Mmax/W=2.68X106/46.1X104=5.8N/mm2

木工字梁截面慣性矩：

I=1/12X[BH3-（B-b）h3]= 1/12X[80X2003-（80-30）X1203]=46.1X106mm4

4.3.2 撓度驗算：

懸臂部分撓度w=ql14/8EI=10.89X5004/（8X9.5X103X46.1X106）=0.19mm<[w]=1mm

[w]-容許撓度，[w]=L/500，L=500mm

跨中部分撓度

w= q1l24X（5-24λ2）/384 EI

=10.89X13504X（5-24X0.372）/（384X9.5X103X46.1X106）=0.37mm<[w]=3.375mm

[w]-容許撓度，[w]=L/400，L=1350mm

q1=38.9x0.280=10.89 N/mm

λ-懸臂部分長度與跨中部分長度之比，λ= l1/ l2

4.4 橫向雙槽鋼背楞驗算：

雙槽鋼背楞作為橫向圍檁支承在拉桿上，可作為支承在拉桿上的簡支梁計算，其跨距等于拉桿的間距最大為L=1300mm。

雙槽背楞上承受多個相等的均勻荷載的作用，可近似看作是線荷載為：q3=Fl=46.7X1.275=59.5N/mm

F-混凝土的側壓力38.9*1.2=46.7kN/ m2

l-底部雙槽鋼圍檁所承受的荷載的高度

4.4.1 強度驗算

最大彎矩Mmax=0.125 q3L2=0.125x59.5x1300x1300=12.6x106N.mm

雙槽鋼背楞截面系數：

W=8.05X104X2=1.61X105mm3

應力：ó= Mmax/W=12.6X106/1.61X105=78.3N/mm2=210 N/mm2 滿足要求

雙槽鋼圍檁截面慣性矩：

I=5.64 X106 X2=11.28X106mm4

4.4.2撓度驗算：

懸臂部分撓度w=ql14/8EI=38.9X6504/（8X210X103X11.28X106）=0.37mm<[w]=1.3mm

[w]-容許撓度，[w]=L/500，L=650mm

跨中部分撓度

w= q1l24X（5-24λ2）/384 EI

=38.9X13004X（5-24X0.52）/（384X210X103X11.28X106）=-0.12mm<[w]=3.25mm

[w]-容許撓度，[w]=L/400，L=1300mm

q1=38.9x1.275=20.79N/mm

λ-懸臂部分長度與跨中部分長度之比，λ= l1/ l2

4.5 面板、木工字梁和槽鋼背楞的組合撓度為：

w=0.22+0.37+0.12=0.71mm<3mm。滿足施工對模板質量的要求。

5 結束語

在施工中我們發現，模板設計完全滿足施工要求，達到了與其效果。同時具有有以下優點：

模板加工簡單，模板各部分采用廠家標準化尺寸，在現場進行拼裝，簡單快捷。

模板剛度大，且重量輕，塔吊一次即可吊裝整塊模板，有效降低施工難度。

結構施工誤差小，測量糾偏簡單，施工誤差可逐層消除。

墩身成品混凝土外觀質量較好，顏色均勻。

施工速度快，平均四天一層，最快的可達到三天一層。

參考文獻

[1] 公路橋涵設計規范（JTGD61-2005） 人民交通出版社，2005

[2] 結構力學（第2版）東南大學出版社 2011

[3] 混凝土結構設計規范（GB50010-2010） 中國建筑工業出版社 2011

[4] 混凝土結構工程施工質量驗收規范（GB50204-2002）中國建筑工業出版社 2011