淺談U型槽定型鋼模板施工技術(shù)

許子涵

【摘要】中國(guó)建筑業(yè)是國(guó)家產(chǎn)業(yè)的中流砥柱，其穩(wěn)步增長(zhǎng)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)上升有決定性意義，隨著國(guó)際化市場(chǎng)的發(fā)展，日益激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，安全有效節(jié)約建筑是必定走向。本文通過(guò)對(duì)定型鋼模板施工U型槽時(shí)受力計(jì)算分析，得出鋼模板內(nèi)力及變形，為采用定型鋼模板施工大型結(jié)構(gòu)提供準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】鋼模板;變形;受力計(jì)算? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.08.078

引言：

杭州市蕭山區(qū)錢(qián)江世紀(jì)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(huán)路平交路口，東至五堡河閘，河道總長(zhǎng)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(guī)劃杭甬調(diào)整抬升工程橋孔。先鋒河沿線采用U型槽結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度為458.290m。U型槽側(cè)墻模板采用定型鋼模板施工。

定型鋼模板配置高度5m，根據(jù)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(hào)槽鋼，橫肋采用雙10號(hào)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(lái)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(cè)支架的組成

單側(cè)支架分為埋件系統(tǒng)、架體兩部分，其中埋件系統(tǒng)部分包括：U型環(huán)、圓鋼插銷(xiāo)、外連桿、碟形螺母、墊片和壓梁，見(jiàn)圖1所示。

在現(xiàn)場(chǎng)自備鋼管、扣件，將幾榀架體連成整體見(jiàn)圖1，使架體合理受力;單側(cè)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(shí)的側(cè)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(tǒng)設(shè)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(tǒng)則是主要受力點(diǎn)。由此得出，埋件系統(tǒng)抵消了混凝土的側(cè)壓力以及模板的向上力。

2、豎梁、背楞驗(yàn)算

2.1側(cè)壓力的計(jì)算

側(cè)壓力是由混凝土施加在模板上的，混凝土澆筑越高，側(cè)壓力越大，當(dāng)澆筑的高度到達(dá)某一臨界值，側(cè)壓力保持不變，這時(shí)側(cè)壓力就是混凝土澆筑的最大側(cè)壓力。側(cè)壓力達(dá)到最大值的澆筑高度稱(chēng)為混凝土的有效壓力。通過(guò)理論結(jié)合實(shí)踐，可按下列公式計(jì)算，并取其最小值：

取其中較小值，F(xiàn)=44.58N/m作為模板側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值，并考慮傾倒混凝土產(chǎn)生的水平載荷標(biāo)準(zhǔn)值4 kN/ m，分別取荷載分項(xiàng)系數(shù)1.2和1.4，則作用于模板的總荷載設(shè)計(jì)值為：

q=44.58×1.2+4×1.4=59.1kN/ m

本次計(jì)算的總荷載設(shè)計(jì)值為59.1kN/ m

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(hào)槽鋼，水平背楞采用雙10號(hào)槽鋼背楞。

2.2 豎楞驗(yàn)算

8號(hào)槽鋼作可作為支承在橫向背楞上的連續(xù)梁計(jì)算，其跨距等于橫向背楞的間距最大為L(zhǎng)=1000mm。

梁上的荷載為： q=ql=59.1×0.254=15N/mm

F-混凝土的側(cè)壓力

l-槽鋼之間的水平距離

E-彈性模量，鋼材取2.1×105 N/mm

f-鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Q235取215 N/mm

2.2.1 總體信息

1、自動(dòng)計(jì)算梁自重，梁自重放大系數(shù)1.20

2、材性：Q235

彈性模量 E = 206000 MPa

剪變模量 G = 79000 MPa

質(zhì)量密度 ρ = 7850 kg/m

線膨脹系數(shù) α = 12x10 / ℃

泊松比 ν = 0.30

屈服強(qiáng)度 fy = 235 MPa

抗拉、壓、彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f = 215 MPa

抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fv = 125 MPa

3、截面參數(shù)：普槽8

截面上下對(duì)稱(chēng)

截面面積 A = 1024 mm

自重 W = 0.079 kN/m

面積矩 S = 14944 mm

抗彎慣性矩 I = 1013000 mm

抗彎模量 W = 25325 mm

塑性發(fā)展系數(shù) 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

2.2.3 內(nèi)力、撓度計(jì)算

2.2.4 單元驗(yàn)算

圖中數(shù)值自上而下分別表示：

最大剪應(yīng)力與設(shè)計(jì)強(qiáng)度比值

最大正應(yīng)力與設(shè)計(jì)強(qiáng)度比值

最大穩(wěn)定應(yīng)力與設(shè)計(jì)比值

若有局穩(wěn)字樣，表示局部穩(wěn)定不滿足

（1）、內(nèi)力范圍、最大撓度

（a）、內(nèi)力范圍：彎矩設(shè)計(jì)值 0.00～1.89 kN.m

剪力設(shè)計(jì)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(jiàn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2003）附錄A.1）

（2）、強(qiáng)度應(yīng)力

最大剪應(yīng)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(yīng)力 σ = Mmax / γ / W

= 1.89 / 1.05 / 25325 * 1e6

= 71.0 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足！

（3）、穩(wěn)定應(yīng)力

整體穩(wěn)定系數(shù)φb = 0.80

最大壓應(yīng)力 σ = Mmax / φb / W

= 1.89 / 0.80 / 25325 * 1e6

= 93.1 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足

連續(xù)梁驗(yàn)算結(jié)論： 滿足

2.3 槽鋼背楞驗(yàn)算

槽鋼背楞為雙10號(hào)槽，背對(duì)背間距為50mm，作為主背楞支承在單側(cè)支架上，可作為支承在支架上的連續(xù)梁計(jì)算，其跨距等于單側(cè)支架的間距最大為L(zhǎng)=750mm。

雙槽鋼上的荷載為：q=ql=59.1×1=59.1N/m。

E-彈性模量，鋼材取2.1×10 N/mm

fm-鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Q235取215 N/mm

2.3.1 總體信息

1、自動(dòng)計(jì)算梁自重，梁自重放大系數(shù)1.20

2、材性：Q235

彈性模量 E = 206000 MPa

剪變模量 G = 79000 MPa

質(zhì)量密度 ρ = 7850 kg/m

線膨脹系數(shù) α = 12x10 / ℃

泊松比 ν = 0.30

屈服強(qiáng)度 fy = 235 MPa

抗拉、壓、彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f = 215 MPa

抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fv = 125 MPa

3、截面參數(shù)：雙[10#

截面上下不對(duì)稱(chēng)

截面面積 A = 2161 mm

自重 W = 0.166 kN/m

面積矩 S = 38903 mm

抗彎慣性矩 I = 3279600 mm4

抗彎模量 W = 65592（上邊緣） / 65592（下邊緣） mm

塑性發(fā)展系數(shù) 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

2.3.3 內(nèi)力、撓度計(jì)算

1、彎矩圖（kN.m）

2.3.4 單元驗(yàn)算

圖中數(shù)值自上而下分別表示：

最大剪應(yīng)力與設(shè)計(jì)強(qiáng)度比值

最大正應(yīng)力與設(shè)計(jì)強(qiáng)度比值

最大穩(wěn)定應(yīng)力與設(shè)計(jì)比值

若有局穩(wěn)字樣，表示局部穩(wěn)定不滿足

（1）、內(nèi)力范圍、最大撓度

（a）、內(nèi)力范圍：彎矩設(shè)計(jì)值 0.00～4.17 kN.m

剪力設(shè)計(jì)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(qiáng)度應(yīng)力

最大剪應(yīng)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(yīng)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(yīng)力 σ下 = Mmax / γ下 / W下

= 4.17 / 1.05 / 65592 * 1e6

= 60.5 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足！

（3）、穩(wěn)定應(yīng)力

整體穩(wěn)定系數(shù)φb = 0.80

最大壓應(yīng)力 σ = Mmax / φb / W

= 4.17 / 0.80 / 65592 * 1e6

= 79.5 MPa ≤ f = 215 MPa 滿足

連續(xù)梁驗(yàn)算結(jié)論：滿足

3、單側(cè)支架計(jì)算書(shū)

3.1支架受力計(jì)算

分析支架受力情況：?jiǎn)蝹?cè)支架主要承受混凝土側(cè)壓力，取混凝土最大澆筑高度5m，側(cè)壓力取為F=59.1kN/m，有效壓頭h=F/γ，h=2.27m。

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

分析支架受力情況：按q=44.32kN/m計(jì)算

用MIDAS對(duì)單側(cè)支架進(jìn)行受力分析：

組合應(yīng)力σMAX=107MPa<215Mpa 滿足要求

組合剪力τmax63.4Mpa<100Mpa滿足要求

變形狀態(tài)δmax=2.92mm<5200/500=10mm

3.2 支架埋件的驗(yàn)算

埋件反力為

支點(diǎn)1：Rx=171.3kN，Rz=134.5kN

支點(diǎn)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(qiáng)度較高埋件可放大間距）個(gè)埋件。

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

3.3 埋件強(qiáng)度驗(yàn)算

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

軸心受拉應(yīng)力強(qiáng)度：σ=F/A=158×103/490

=177.8MPa <f=360MPa? ?符合要求

3.4 埋件錨固強(qiáng)度驗(yàn)算

U型環(huán)錨固強(qiáng)度的計(jì)算，只考慮埋入砼的螺栓表面與砼的粘結(jié)力，不考慮螺栓端部的彎鉤在砼基礎(chǔ)內(nèi)的錨固作用。

錨固強(qiáng)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(yù)埋部分安裝

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

（2）埋件系統(tǒng)及架體示意圖見(jiàn)上圖，埋件與地面成45°角，現(xiàn)場(chǎng)埋件預(yù)埋時(shí)要保證埋件在同一條直線上，同時(shí)埋件角度必須按45°預(yù)埋。

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

（4）由于U型環(huán)不能直接與結(jié)構(gòu)主筋點(diǎn)焊，為保證砼澆筑時(shí)埋件不偏位或偏移，要求在相應(yīng)部位增加附加鋼筋，U型環(huán)點(diǎn)焊在附加鋼筋上，點(diǎn)焊時(shí)注意不要損壞埋件的有效直徑。

4.2模板及單側(cè)支架安裝

（1）單側(cè)支架間距約為750mm。

（2）模板及支架安裝流程：鋼筋綁扎并驗(yàn)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(diào)節(jié)模板傾斜度→連接埋件系統(tǒng)→驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑

（3）合墻體模板時(shí)，預(yù)先彈好的墻邊線，將模板下口與其對(duì)齊，并通過(guò)使用鋼管背楞，將墻體模板臨時(shí)支撐住。

（4）吊裝單側(cè)支架，應(yīng)輕放輕起，堆放多榀支架時(shí)，應(yīng)在平整場(chǎng)地上相互疊放整齊，避免堆壓變形。

（5）在材料場(chǎng)預(yù)先將由標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和加高節(jié)組裝的單側(cè)支架拼裝完畢，用塔吊整體吊至現(xiàn)場(chǎng)。

（6）在直面墻體段，每安裝3至4榀單側(cè)支架后，穿插埋件系統(tǒng)的壓梁槽鋼。

（7）安裝架體完畢后，埋件系統(tǒng)進(jìn)行安裝。

（8）用主背楞連接件將單側(cè)支架部分與模板背楞連接成整體。

（9）對(duì)單側(cè)支架后支座進(jìn)行調(diào)節(jié)，因單側(cè)支架受力后，模板將略向后傾斜，所以模板面板上口向墻內(nèi)側(cè)傾斜約5mm。

結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)對(duì)該項(xiàng)目采用定型組合鋼模板受力分析驗(yàn)算，更加清晰的反應(yīng)各個(gè)結(jié)構(gòu)受力情況，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供了可靠的數(shù)據(jù)。有利于施工過(guò)程的安全控制，同時(shí)可在現(xiàn)場(chǎng)直接組裝，也可預(yù)拼裝成大塊模板或構(gòu)件模板，更為方便實(shí)用; 靈活組裝，適用于多種施工項(xiàng)目;便于安拆，能夠多次周轉(zhuǎn)，每套鋼模可重復(fù)使用多次;模板尺寸精度高，成型后的混凝土規(guī)格準(zhǔn)確，外形美觀，質(zhì)量?jī)?yōu)質(zhì)，在施工中具有推廣價(jià)值。

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