高橋墩無支架翻轉模板設計及計算

程吉飛

(中鐵十六局集團第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)

?

高橋墩無支架翻轉模板設計及計算

程吉飛

(中鐵十六局集團第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)

文章結合惠興高速公路第八合同段老鷹巖大橋的工程實例，介紹了高橋墩無支架翻模施工的基本原理、模板結構形式以及工作平臺的布置，仔細的分析了施工過程中模板的側壓力，并對構成模板的各個構件進行了受力檢算，希望能在類似的工程中給予借鑒。

翻轉模板； 基本原理； 側壓力分析； 計算

1 工程概況

老鷹巖大橋是惠興高速公路第八合同段重點工程之一。該橋全長680 m。上部構造為先簡支后結構連續預應力T梁橋，下部采用樁柱式橋墩，橋臺為重力式U形臺。其中8#、9#、10#、11#、12#為大體積實心矩形墩，截面尺寸2.1 m(順橋向)×5.4 m(橫橋向)，最高橋墩38.96 m，地處較為陡峭的山坡上。

2 翻轉模板施工的基本原理

利用已經達到一定強度的混凝土墩體為支承主體，通過以完成混凝土澆筑的模板來支承上層模板及平臺，從而完成鋼筋綁扎、模板就位及混凝土的澆筑。實施作業時，模板翻升、綁扎鋼筋、灌注混凝土等工作循環進行，直到墩頂施工完為止。

3 模板設計

每套模板由3節等高模板組成, 每節模板高2.4 m，由側模、對拉螺栓、工作平臺等組成，每次澆筑墩身高度4.8 m。

面板采用厚度為5.5 mm的Q235鋼板制作,平整度應小于2 mm，面板外側邊框采用∠8角鋼，角鋼上設置螺栓孔，相鄰模板及上下層模板用螺栓進行法蘭式連接。模板外設置豎向背楞，采用[8槽鋼,間距為30 cm。豎向背楞的外側設置橫向背楞，2塊[12.6槽鋼組成，上下間距為120 cm，橫向背楞直接焊在豎向背楞上。M22對拉螺栓順橋向水平間距為135 cm，豎向間距為120 cm，橫橋向在模板中間及平行于橫橋向的外側各布置一道對拉螺栓， 對拉螺桿用PVC管包裹,以便于重復利用，如圖1所示。

圖1 模板結構

工作平臺由三角形桁架、護欄及安全網組成。角鋼加工的三角形桁架與模板豎向背楞焊接牢固,按1.2 m間距布置。三角桁架間用鋼筋焊接連成整體，其上鋪設5 cm厚竹條板形成工作平臺。竹條板與桁架水平桿用鐵絲連接固定以確保安全。三角形桁架上水平桿長度為90 cm，以保證有足夠工作空間。工作平臺外采用φ20螺紋鋼設置護欄，高度100 cm，在護攔的周圍懸掛安全兜網，確保工人作業安全，如圖2所示。

圖2 工作平臺示意

4 模板結構受力計算

4.1 模板側壓力分析

混凝土作用于模板的側壓力，一般隨著混凝土的澆筑高度而增加，當澆筑高度達到臨界值時，側壓力不在增加，此時的側壓力即為新澆混凝土的最大側壓力。采用內部振搗器時，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側壓力可按照以下計算并取其中的最小值：F=0.22γct0β1β2v1/2=32.2 kN/m2，F=γcH=120 kN/m2，故最大側壓力為Fm=32.2 kN/m2，則有效壓力高度為h=F/γc=1.28 m。

式中：F為新澆筑混凝土對模板的最大側壓力(kN/m2)；γc為混凝土的重力密度(kN/m3)，取25 kN/m3；t0為新澆混凝土的初凝時間(h),可按實測確定，本工程取3 h(試驗室提供)；v為混凝土的澆灌速度(m/h)，取2 m/h；β1為外加劑影響修正系數，摻外加劑時取1.2；β2為混凝土塌落度影響系數，110～150 mm時，取1.15；H為混凝土側壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的高程(m)，取4.8 m，其受力見圖3所示。

圖3 混凝土側壓力計算分布圖形

4.2 面板計算

取10 mm寬面板條作為計算單元。偏于安全考慮，不考慮豎肋板對面板的加強作用，將面板受力狀況簡化為以豎向槽鋼為支點的三跨連續梁，跨徑0.3 m，q=0.322 kN/m。查《路橋施工計算手冊》附表2-9可知：面板最大彎矩Mmax=Km×q×l2=0.1×0.322×0.32=0.0029 kN·m,截面系數W=bh2/6=50.4 mm3,剪力Q=K×q×l=0.606×0.322×0.3=0.0585 kN。

彎曲應力σmax=Mmax/W=57.5 MPa<[σ]=170 MPa，滿足要求。

剪應力τmax=1.5×FS/A=1.4 MPa<[τ]=100 MPa，滿足要求。

撓度計算f=0.677×ql4/(100EI)=0.6 mm<1.5 mm，滿足要求。

4.3 豎向背楞計算

4.4 橫向背楞計算

橫向背楞為雙拼[12.6槽鋼，間距1.2 m，則作用在上面的均布荷載q=38.6 kN/m。橫橋向對拉螺栓間距1.35 m，縱橋向在模板中間安裝一排對拉螺栓。以對拉螺栓為支點，可以將背楞受力簡化為0.675 m(懸臂)+1.35 m+0.675 m(懸臂)簡支梁結構(橫橋向)和1.05 m+1.05 m連續梁結構(順橋向)。具體受力分為兩種情況，采用Midas Civil軟件進行計算。

4.4.1 橫橋向橫向背楞計算

受力模型如圖4所示。

圖4 橫向背楞受力模型

彎曲應力σ=72.05 MPa<[σ]=170 MPa(圖5)，滿足要求。

圖5 橫向背楞彎曲應力

剪切應力τmax=22.1 MPa<[τ]=100 MPa(圖6)，滿足要求。

圖6 橫向背楞剪切應力

撓度fmax=1.5 mm<3 mm (圖7)，查《路橋計算手冊》178頁，滿足要求。

圖7 橫向背楞位移

4.4.2 縱橋向橫向背楞計算

受力模型如圖8所示。

圖8 縱橋向橫向背楞受力模型

經Midas Civil軟件計算得到：彎曲應力σ=41.8 MPa， 剪切應力τmax=21.3MPa，fmax=0.2mm<3mm。查《路橋計算手冊》178頁，均滿足要求。

4.5 對拉螺栓檢算

模板對拉螺栓用于連接兩側模板，承受混凝土側壓力產生的荷載，使模板有足夠的強度和剛度，采用直徑為22 mm的Q235圓鋼制作，截面面積A=380 mm2，承壓面積1.35×1.2=1.62 m2。

σ=F/A=137 MPa，其中：F=32.2×1.62=52.2 kN滿足要求。

5 結束語

傳統的落地支架法需要在墩身周邊搭設腳手架，需要大量鋼管，每一段施工都要花費時間去搭設腳手架。支架的自身重量較大，墩身周邊的地基承載力很難滿足支架自身重量，基礎需要進行處理。

實踐證明翻轉模板施工安全可靠，既減少了大量用于輔助施工的材料，又節省了成本。同時合理的利用塔吊實現了垂直運輸，降低了勞動強度，提高了勞動效率。

[1] 江正榮，朱國梁.簡明施工計算手冊[M]. 第3版.北京：中國建筑工業出版社，2005.

[2] 周水興，何兆益， 鄒毅松. 路橋施工計算手冊(精)[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[3] 楊文淵. 橋梁施工工程師手冊[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

程吉飛(1983～)，男，工程師，從事橋梁工程施工技術工作。

TU755.2+2

B

[定稿日期]2016-05-29