高墩滑模模板設計及計算

李斌 胡文柱 馬捷

摘 要：文章以某高墩施工為背景，對高墩柱橋梁矩形墩滑模的結構設計及荷載計算做介紹，旨在總結滑模計算過程，確保技術安全，也為同類型高墩滑模施工提供參考依據。

關鍵詞：橋梁；高墩；滑模；結構設計；驗算

中圖分類號：U445.39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0167-02

1 工程概述

某大橋為連續剛構橋，主墩截面為矩形突變式，8.5 m× 7 m+7.5 m×7 m，標準段截面面積分別為45 m2、41 m2，最大墩高101 m，墩身混凝土標號為C40，墩頂封頂混凝土標號為C55。

2 施工工藝選擇

為滿足施工要求，同時對矩形墩混凝土外觀質量控制難點進行攻關，通過比選，采用滑模施工工藝最為合理。

3 滑模系統結構簡介

3.1 模板系統

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。當施工結構面為直線段時，可將模板的長度加大，以節約組裝和拆卸用工。

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與整體模板相同。陰陽角處可做成小圓弧形。

3.2 支撐系統

①圍圈。圍圈在轉角處應設計成剛性節點，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。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。當提升架之間的布置距離較大時（大于3 m）或操作平臺的桁架直接支承在圍圈上時，可在上下圍圈之間加設腹桿，形成平面桁架，以提高承受豎向荷載的能力。

根據經驗及水平測壓力計算，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行設計。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。根據施工經驗和常規設計，采用F型，“F”型提升架主梁采用[22ba 槽鋼高162.5 cm，千斤頂底座為20 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，每次接長后進行支撐桿的垂直度檢查，先加工一段長度為200 mm的Φ38 mm×3 mm鋼管襯管，并在支承桿兩端各鉆3個Φ4小孔，當千斤頂上部的支承桿還有400 mm時，將襯管插進支承桿內1/2，通過3個小孔點焊后，表面磨平。

3.3 液壓操作系統

3.3.1 液壓控制臺

液壓系統安裝完畢，應進行試運轉，首先進行充油排氣，然后加壓至12 MPa，每次持壓5 min，重復3次，各密封處無滲漏，進行全面檢查，待各部分工作正常后，再插入支承桿。

3.3.2 液壓千斤頂

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

3.4 操作平臺及防護系統

工作盤面采用δ50 mm木板鋪平，四周安裝10 cm高踢腳板，外設φ48×3 mm鋼管防護欄桿掛設安全網，護欄立桿與平臺采用焊接連接，護欄橫桿與立桿采用十字扣連接，且護欄高度不低于1.2 m。輔助平臺安裝在工作盤下方，用L50×5角鋼組成，盤面用δ50 mm木板鋪密實，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，其外側設φ12 mm鋼筋防護欄桿掛設安全網，護欄立桿與平臺采用焊接連接，護欄橫桿與吊桿采用鐵絲綁扎連接，且護欄高度不低于1.2 m。

3.5 “門”型提升系統

實心矩形墩、一般空心薄壁墩使用“門”型架作為提升系統。 “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”型架與圍圈長邊中心焊接，立柱設置上下爬梯、作業平臺。

4 滑模系統驗算

4.1 空心薄壁墩8.5 m×7 m截面墩身滑模系統力學分析

滑模結構取最不利截面進行驗算，以最大截面8.5 m×7 m空心薄壁墩截面進行驗算。

4.1.1 施工荷載參數

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（由邁達斯模型中提取）。

③滑升系統自重：q3=1.704 t（根據現場千斤頂、液壓控制系統取值）；

④木材容重取800 kg/m3，平臺采用模板鋪設面積為=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具：

設計圍圈時，q5=1.5 kN/m2；施工平臺為=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，鋼筋上料分兩次進行。臨時材料堆積荷載q6=2.03 kN/m2；施工平臺為=31 m2，總荷載為：G6=31×2.03÷10=6.29 t；

⑦平臺采用護欄圍擋周長度為==48 m，護欄立桿每1.2 m設置一道，護欄總荷載：G7=0.48 t；護欄荷載：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，平臺底盤結構采用角鋼L75×75×8 mm單位重9.03 kg/m，輔助平臺護欄采用鋼筋φ12，單位重0.888 kg/m。

輔助平臺結構自重=0.552 t；輔助平臺木板重=1.22 t；輔助平臺護欄重=0.146 t；輔助平臺總荷載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、小型機具及臨時材料堆積荷載分項系數取1.4；滑升摩阻力分項系數1.4；

11 模板、桁架、木板荷載、輔助平臺、護欄荷載及滑升系統自重荷載分項系數取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 混凝土對模板側壓力荷載

模板所受荷載主要為新澆混凝土對它的側壓力、沖擊力和滑升時混凝土對它的摩阻力，模板設計主要考慮前兩項荷載。墩身截面面積為44.88 m2，計算時假定模板底部一定高度的混凝土，不再對模板產生側壓力，同時將上部側壓力變化曲線簡化為直線變化的等效梯形分部，根據《路橋施工計算手冊》，其有關尺寸按下式確定：

F—側壓力合力，kN/m；h'—等效梯形上底的高度，m；h—新澆混凝土側壓力作用高度（一般取0.65H，低溫取0.70H），m；H—模板高度，1.25 m；P—混凝土側壓力計算最大值，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《滑動模板工程技術規范》 （GB 50113-2005），新澆混凝土與鋼模板的粘結力取0.5 kN/m2，混凝土與鋼模板的摩擦系數取。

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 滑模模板驗算

計算滑模混凝土對模板側壓強度荷載組合：混凝土振搗荷載q9+混凝土側壓力F，計算滑模混凝土對模板側壓剛度荷載組合：

強度荷載組合：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計算，模板與桁架連接處按簡支梁進行約束邊界條件，受力模型，如圖1所示。

經MIDAS軟件計算，其強度計算結果為：

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

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

計算滑模混凝土對模板側壓剛度荷載組合：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。

結論：由上述可知，鋼模板的剛度滿足施工要求。

參考文獻：

[1] JB 50113-2005，滑動模工程技術規范[S].

[2] GB 50017-2003，鋼結構設計規范[S].

[3] 周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊[M].北京：人民交通出版 社，2001.