淺談U型槽定型鋼模板施工技術

文／許子涵 江蘇雷威建設工程有限公司 江蘇南京 210003

引言：

杭州市蕭山區錢江世紀城先鋒河下穿滬昆鐵路和杭深鐵路、滬昆高鐵立交工程涉鐵段西起環路平交路口，東至五堡河閘，河道總長度約 458.29m。河道自西向東依次下穿杭深鐵路、滬昆高鐵、滬昆鐵路南引橋橋孔、規劃杭甬調整抬升工程橋孔。先鋒河沿線采用U 型槽結構，總長度為458.290m。U 型槽側墻模板采用定型鋼模板施工。

定型鋼模板配置高度5m,根據最大流水段劃分模板配2.3m＊26=59.8m,模板總高度5m，由4.5m+0.5m 組合而成，上下層可通用。面板采用5.75mm 厚鋼板，豎肋為8 號槽鋼，橫肋采用雙10 號槽鋼；豎肋水平間距為254mm,第一道橫背楞距模板下端300mm，其余間距約為1000mm。采用M16 螺栓來連接兩塊模板，使模板確保整體性，受力合理、可靠。

1、鋼模板單側支架的組成

單側支架分為埋件系統、架體兩部分，其中埋件系統部分包括：U 型環、圓鋼插銷、外連桿、碟形螺母、墊片和壓梁，見圖1所示。

圖1 鋼模板支架立面圖

在現場自備鋼管、扣件，將幾榀架體連成整體見圖1，使架體合理受力；單側支架則為三角形支架，利用其直角平面抵制模板，用槽鋼和連接件制作而成。模板用于承受混凝土澆筑時的側壓力，而且三角形架體平面壓制模板，使其承受向后推力。埋件系統設置在架體下端直角部位，使架體固定不能后移，因此埋入底板混凝土45°角的埋件系統則是主要受力點。由此得出，埋件系統抵消了混凝土的側壓力以及模板的向上力。

2、豎梁、背楞驗算

2.1 側壓力的計算

側壓力是由混凝土施加在模板上的，混凝土澆筑越高，側壓力越大，當澆筑的高度到達某一臨界值，側壓力保持不變，這時側壓力就是混凝土澆筑的最大側壓力。側壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓力。通過理論結合實踐，可按下列公式計算，并取其最小值：

取其中較小值，F=44.58N/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=44.58×1.2+4×1.4=59.1kN/m2

本次計算的總荷載設計值為59.1kN/m2

模板高度為5m，澆筑高度為5m，面板采用5.75mm鋼板；豎向背楞采用8 號槽鋼，水平背楞采用雙10 號槽鋼背楞。

2.2 豎楞驗算

8 號槽鋼作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=1000mm。

F-混凝土的側壓力

l-槽鋼之間的水平距離

E-彈性模量，鋼材取2.1×105 N/mm2

fm-鋼材抗彎強度設計值，Q235 取215 N/mm2

2.2.1 總體信息

1、自動計算梁自重，梁自重放大系數1.20

2、材性：Q235

彈性模量 E=206000 MPa

剪變模量 G=79000 MPa

質量密度 ρ=7850 kg/m3

線膨脹系數 α=12x10-6/℃

泊松比 ν=0.30

屈服強度 fy=235 MPa

抗拉、壓、彎強度設計值 f=215 MPa

抗剪強度設計值 fv=125 MPa

3、截面參數：普槽8

截面上下對稱

截面面積 A=1024 mm2

自重 W=0.079 kN/m

面積矩 S=14944 mm3

抗彎慣性矩 I=1013000 mm4

抗彎模量 W=25325 mm3

塑性發展系數 γ=1.05

2.2.2 荷載信息

1、恒荷載

(1)、均布荷載，15.00kN/m，荷載分布：滿布

圖2 荷載分布圖

2.2.3 內力、撓度計算

圖3 彎矩圖（kN.m）

圖4 剪力圖（kN）

圖5 撓度圖（mm）

圖6 支座反力圖（kN）

2.2.4 單元驗算

圖中數值自上而下分別表示：

最大剪應力與設計強度比值

最大正應力與設計強度比值

最大穩定應力與設計比值

若有局穩字樣，表示局部穩定不滿足

(1)、內力范圍、最大撓度

(a)、內力范圍：彎矩設計值 0.00～1.89 kN.m

剪力設計值 -7.55～-0.00 kN

(b)、最大撓度：最大撓度1.32mm，最大撓跨比1/758

（撓度允許值見《鋼結構設計規范》(GB 50017-2003)附錄A.1）

(2)、強度應力

最大剪應力 τ=Vmax＊S/I/tw

=7.55＊14944/1013000/5.0＊1000

=22.3 MPa≤fv=125 MPa 滿足!

最大正應力 σ=Mmax/γ/W

=1.89/1.05/25325＊1e6

=71.0 MPa≤f=215 MPa 滿足!

(3)、穩定應力

整體穩定系數φb=0.80

最大壓應力 σ=Mmax/φb/W

=1.89/0.80/25325＊1e6

=93.1 MPa≤f=215 MPa 滿足

連續梁驗算結論：滿足

2.3 槽鋼背楞驗算

槽鋼背楞為雙10 號槽，背對背間距為50mm，作為主背楞支承在單側支架上，可作為支承在支架上的連續梁計算，其跨距等于單側支架的間距最大為L=750mm。

E-彈性模量，鋼材取2.1×105 N/mm2

fm-鋼材抗彎強度設計值，Q235 取215 N/mm2

2.3.1 總體信息

1、自動計算梁自重，梁自重放大系數1.20

2、材性：Q235

彈性模量 E=206000 MPa

剪變模量 G=79000 MPa

質量密度 ρ=7850 kg/m3

線膨脹系數 α=12x10-6/℃

泊松比 ν=0.30

屈服強度 fy=235 MPa

抗拉、壓、彎強度設計值 f=215 MPa

抗剪強度設計值 fv=125 MPa

3、截面參數：雙[10#

截面上下不對稱

截面面積 A=2161 mm2

自重 W=0.166 kN/m

面積矩 S=38903 mm3

抗彎慣性矩 I=3279600 mm4

抗彎模量 W=65592(上邊緣)/65592(下邊緣)mm3

塑性發展系數 γ=1.05(上邊緣)/1.05(下邊緣)

2.3.2 荷載信息

1、恒荷載

(1)、均布荷載，59.10kN/m，荷載分布：滿布

圖7 荷載分布圖

2.3.3 內力、撓度計算

1、彎矩圖（kN.m）

圖8 彎矩圖（kN.m）

圖9 剪力圖（kN）

圖10 撓度（mm）

圖11 支座反力（kN）

2.3.4 單元驗算

圖中數值自上而下分別表示：

最大剪應力與設計強度比值

最大正應力與設計強度比值

最大穩定應力與設計比值

若有局穩字樣，表示局部穩定不滿足

(1)、內力范圍、最大撓度

(a)、內力范圍：彎矩設計值 0.00～4.17 kN.m

剪力設計值 -22.24～-0.00 kN

(b)、最大撓度：最大撓度0.51mm，最大撓跨比1/1482

(2)、強度應力

最大剪應力 τ=Vmax＊S/I/tw

=22.24＊38903/3279600/6.0＊1000

=44.0 MPa≤fv=125 MPa 滿足!

上邊緣最大正應力 σ 上=Mmax/γ 上/W 上

=4.17/1.05/65592＊1e6

=60.5 MPa≤f=215 MPa 滿足!

下邊緣最大正應力 σ 下=Mmax/γ 下/W 下

=4.17/1.05/65592＊1e6

=60.5 MPa≤f=215 MPa 滿足!

(3)、穩定應力

整體穩定系數φb=0.80

最大壓應力 σ=Mmax/φb/W

=4.17/0.80/65592＊1e6

=79.5 MPa≤f=215 MPa 滿足

連續梁驗算結論：滿足

3、單側支架計算書

3.1 支架受力計算

分析支架受力情況：單側支架主要承受混凝土側壓力，取混凝土最大澆筑高度5m，側壓力取為有效壓頭

單側支架按間距750 mm 布置，q=59.1×0.75=44.32kN/m

分析支架受力情況：按q=44.32kN/m 計算

用MIDAS 對單側支架進行受力分析：

圖12 受力模型

圖13 組合應力分析

組合應力σMAX=107MPa ＜215Mpa 滿足要求

圖14 組合剪力分析

組合剪力τmax63.4Mpa ＜100Mpa 滿足要求

變形狀態δmax=2.92mm ＜5200/500=10mm

圖15 變形狀態分析

3.2 支架埋件的驗算

埋件反力為

圖16 支座反力分析

支點1：Rx=171.3kN,Rz=134.5kN

支點2：Rx=0N,Rz=138.8kN

（F 總）2=（Rx）2+（Rz）2=171.32+134.52

F 總=217.8KN

與地面角度為：α=45°

共有750/300（若使用強度較高埋件可放大間距）個埋件。

其中單個埋件最大拉力為：F=217.8×(300/750)=87KN滿足要求。

3.3 埋件強度驗算

預埋件為HRB400 螺紋鋼d=25mm，埋件最小有效截面積為：A=3.14×12.52=490mm2

軸心受拉應力強度：σ=F/A=158×103/490

=177.8MPa

3.4 埋件錨固強度驗算

U 型環錨固強度的計算，只考慮埋入砼的螺栓表面與砼的粘結力，不考慮螺栓端部的彎鉤在砼基礎內的錨固作用。

錨固強度：F 錨=πdhτb=3.14×25×600×3.5

=164kN>F=87.1KN。符合要求。

4、鋼模板安裝施工

4.1 預埋部分安裝

(1)U 型環地高出砼墻面50cm。各埋件桿距離為300mm，設置在各端頭的起點與終點。

(2)埋件系統及架體示意圖見上圖，埋件與地面成45°角，現場埋件預埋時要保證埋件在同一條直線上，同時埋件角度必須按45°預埋。

(3)U 型環在預埋前，將螺紋用塑料包裹并綁牢，以免施工時砼黏附在絲扣上，影響下一步施工時螺母的連接。

(4)由于U 型環不能直接與結構主筋點焊，為保證砼澆筑時埋件不偏位或偏移，要求在相應部位增加附加鋼筋，U 型環點焊在附加鋼筋上，點焊時注意不要損壞埋件的有效直徑。

4.2 模板及單側支架安裝

(1)單側支架間距約為750mm。

(2)模板及支架安裝流程：鋼筋綁扎并驗收→繪制外墻邊線→拼裝單元模板→連接各單元模板→吊裝架體、連接好相鄰架體，調節模板傾斜度→連接埋件系統→驗收合格后進行混凝土澆筑

(3)合墻體模板時，預先彈好的墻邊線，將模板下口與其對齊，并通過使用鋼管背楞，將墻體模板臨時支撐住。

(4)吊裝單側支架，應輕放輕起，堆放多榀支架時，應在平整場地上相互疊放整齊，避免堆壓變形。

(5)在材料場預先將由標準節和加高節組裝的單側支架拼裝完畢，用塔吊整體吊至現場。

(6)在直面墻體段，每安裝3 至4 榀單側支架后，穿插埋件系統的壓梁槽鋼。

(7)安裝架體完畢后，埋件系統進行安裝。

(8)用主背楞連接件將單側支架部分與模板背楞連接成整體。

(9)對單側支架后支座進行調節，因單側支架受力后，模板將略向后傾斜，所以模板面板上口向墻內側傾斜約5mm。

結語：

通過對該項目采用定型組合鋼模板受力分析驗算，更加清晰的反應各個結構受力情況，為現場施工提供了可靠的數據。有利于施工過程的安全控制，同時可在現場直接組裝，也可預拼裝成大塊模板或構件模板，更為方便實用； 靈活組裝，適用于多種施工項目；便于安拆，能夠多次周轉，每套鋼模可重復使用多次；模板尺寸精度高，成型后的混凝土規格準確，外形美觀，質量優質，在施工中具有推廣價值。