預制T梁液壓模板設計研究

1 工程概述

臨金高速公路臨安至建德段工程起于浙皖交界的千秋關，全線長24.1 km，該項目橋梁上部結構采用T 梁，采用預制裝配化施工。 T 梁預制施工包含前期的預制場地建設、臺座施工、模板的設計制作及安裝、鋼筋骨架安裝、預埋件安裝及混凝土澆筑[1]等。其中模板的安拆時間相較于單榀T 梁施工周期占比較大，模板的結構形式也決定了合模的效率、精確度以及拆模后混凝土的表觀質量。 傳統預制T 梁模板普遍存在安拆效率低、變形較大、拆模后預制件結構邊角破損嚴重等共性問題。 軌道自行式液壓模板誕生后在一定程度上解決了施工效率低、質量差的難題，但需要較大的預制場地，液壓模板系統行走軌道需提前埋設且精度要求較高。 無軌全自動移動液壓模板相較于軌道自行式液壓模板， 有效解決了軌道埋設的弊端，預制施工場地大大減小，施工效率也有所提高。

2 液壓模板結構設計

2.1 液壓模板比選

傳統的模板系統需逐塊拼裝，預制T 梁模板安、拆時需耗費較多時間，混凝土澆筑完成，T 梁模板拆除后邊角破損率較高、表觀質量較差。 該領域液壓模板系統的出現有效地解決了這個問題，整體脫模合模，在降低結構邊角破損率的同時提高施工工效。 當前常用的液壓模板為軌道自行式液壓模板系統，該液壓模板系統包括液壓系統、外模板、行走軌道[2]，能夠在一定程度上提高施工效率和施工質量， 但是該液壓模板需提前進行行走軌道埋設，占用的場地較大，且行走軌道易發生變形和油污污染。 無軌全自動移動液壓模板能夠很好地解決了這些問題，采用行走滾輪替換軌道，無須橫向頂推裝置即可進行橫向位置的調整，方便快捷、節省預制空間。

2.2 液壓模板系統組成及工作原理

1）型鋼組合臺座。 采用I32 型鋼作為主承重結構，沿臺座長度方向50 cm 等間距布設， 工字鋼上面鋪[10 型鋼作分配梁，最上面鋪8 mm 厚鋼板作底模板；拉桿從主承重結構之間穿過，主承重結構底部切圓形剖口方便噴淋設備安裝。

2）模扇整體式行走系統。 行走系統用桁架連成整體，橫梁處底部鋼模不斷開；采用行走滾輪進行360°旋轉，方便模板位置調整。 在臺座和模板上標記合模線，確保制梁精度。

3）組合式液壓千斤頂頂升機構。 單側模板內側主動輪處采用20 t 千斤頂（共2 個），其余采用10 t 千斤頂（共8 個），實現內側受力比外側受力大時的均衡受力；一機多頂，確保頂升的同步性；30 m 預制T 梁和液壓模板系統共重約120 t， 每側液壓模板承載約60 t。 單側液壓千斤頂額定荷載總和10×8+20×2=120 t，滿足承載能力要求。內側承載能力較大，滿足均衡受力的要求。 行走機構和頂升系統均由同一遙控來操控，同步性高、可操作性強。

4）槽鋼組合桁架。 橫肋采用[10 型鋼，根據T 梁外輪廓尺寸均勻分布。 豎肋采用[12 型鋼，間隔1.0 m 分布。

5）鋼模和拉桿。 根據模板結構剛度和施工現場材料儲備情況，采用8 mm 厚鋼模。 合模后兩側預制T 梁液壓模板采用M20 螺紋拉桿緊固，增強模板系統的整體性。

2.3 液壓模板結構驗算

一片T 梁的側模由4 個間隔、5 個橫隔板組成，每一模扇由側面板、橫肋、豎肋組成[3]。 模扇基本長度7.2 m，橫面板為8 mm 的鋼板，支撐模面板的橫肋為[10 型鋼、豎肋為[12.6 型鋼。橫肋8 道間距不等，豎肋7 道間距1.0 m。梁高H=2.0 m，混凝土重度γ=25 kN/m3，振搗半徑R1=1.5 m，當H＜2R1時，最大側壓力：P=50 kPa。 混凝土黏著力為20 kPa，黏著剪力為10 kPa。

2.3.1 面板計算

（1）面板厚度δ 選定。 一般厚度為其跨徑的1/100 且不小于6~8 mm，本鋼模最大間距l=1 000 mm，故δ=l/100=10 mm，考慮鋼模為臨時結構，受鋼材規格限制，采用厚度8 mm 的鋼模作為模面板。（2）進行模面板上豎肋處側壓力的荷載計算。（3）模面板強度和剛度的驗算。 取豎肋間距1 000 mm，橫肋間距300 mm 時模板側壓力最大的情況進行受力驗算：模面板厚度8 mm，豎肋間距1 000 mm，橫肋間距300 mm。 按單向板計算， 板寬按1 m 計。 計算得彎曲應力σmax=34.58 MPa＜[σw]=181 MPa，最大撓度fmax=0.03 cm＜0.15 cm（容許）。 模板厚度滿足要求。

2.3.2 橫肋的計算

1）求均布荷載。計算跨徑取最大豎肋間距100 cm，各肋的最大均布荷載計算為1.1 kN/m。

2）強度驗算。 跨中最大彎矩按簡支梁計算：橫肋采用[10型鋼，截面慣性矩I=198 cm4，截面系數W=39.7 cm3。 σmax=38.4 MPa＜[σw]=181 MPa。

3）剛度驗算。 最大撓度fmax=0.035 cm=0.35 mm＜3 mm，強度剛度均滿足要求。

2.3.3 豎肋的計算

按同樣的方式求橫肋支承在豎肋上傳遞的反力， 以均布荷載的最大值進行強度和剛度驗算，均滿足要求。

2.3.4 拉桿驗算

混凝土對側模最大壓力為50 kPa， 采用M20 螺紋拉桿，拉桿橫向間距為1.0 m。

每扇模側壓力之和：F=50 000×7.2×2.0/2=360 000 N。

每扇模共8×2=16 根拉桿，單根拉桿平均力F1=360 000/16≈22 500 N＜38 200 N。

拉桿選擇滿足力學性能要求。

3 液壓模板應用及效益分析

3.1 液壓模板應用

模板安裝是T 梁預制的一個重要工序， 液壓模板在施工成本、 生產周期等諸多方面相較于傳統模板有著較大優勢[4]。液壓模板在鋼筋骨架安裝完成后合模， 混凝土澆筑完成達到設計強度后進行拆模， 傳統施工工法在合模拆模上花費較多時間， 無軌全自動移動液壓模板的設計和研究應用大大縮短了合模拆模時間，圖1 為液壓模板工作示意圖，其生產應用從以下幾個步驟展開：

圖1 液壓模板工作示意圖

1）預制T 梁臺座兩側的自行式液壓模板架分別由千斤頂支撐，兩側模板之間設置對拉桿，進行鋼筋安裝、混凝土澆筑，完成一片梁的制梁工序；

2）混凝土澆筑完成達到拆模強度后，先拆除對拉桿，T 梁橫隔板端部螺栓解除，將頂升油缸收縮，使主動輪和被動輪脫離地面，然后用頂推油缸頂推橫隔板達到脫模效果，主動輪和被動輪落至地面，此時模板架已全部脫離梁體；

3）啟動液壓泵站，使主動輪和被動輪橫向行走，位于兩個T 梁臺座中間；

4）提升主動輪，脫離地面，啟動液壓機構，使主動輪旋轉90°，頂升油缸頂升使被動輪脫離地面，將被動輪旋轉90°，啟動行走系統，利用主動輪縱向行走至下一個預制T 梁臺座；

5）縱向位置調整完成后，依次橫移、頂升，調整至模板位置，進入下一個制梁循環[5-6]。

3.2 液壓模板效益分析

液壓模板因其較大的優勢越來越廣泛地應用于生產實踐中， 針對現有的T 梁預制軌道自行式液壓模板所暴露出的弊端進行優化設計。 研究制造出的無軌全自動移動液壓模板已正常投產使用，結合實際應用情況，從施工效率、安全性、環保性、經濟性等方面進行效益分析，表1 為液壓模板效益分析表。

表1 液壓模板效益分析表

4 結論

通過對預制T 梁液壓模板設計研究， 針對軌道自行式液壓模板的施工弊端進行了結構優化設計。 對液壓模板系統各組成構件，進行結構穩定性、成本投入等方面的計算分析，得出如下結論。

1）無軌全自動移動液壓模板相較于軌道自行式液壓模板，施工效率大致相同，但后者不可控因素較多。 相較于傳統T 梁模板安拆，無軌全自動移動液壓模板能夠在模板安裝、模板拆除工序上將工效提高到原來的3 倍。

2）無軌全自動移動液壓模板相較于軌道自行式液壓模板，具有同等的安全系數。

3）無軌全自動移動液壓模板比軌道自行式液壓模板環保性好。

4）無軌全自動移動液壓模板比軌道自行式液壓模板投入的費用較少。