特大跨徑寬幅PC部分斜拉橋箱梁內模配模設計研究

中圖分類號：U448.27 文獻標識碼：A DOl：10.13282/j.cnki.wccst.2025.04.034

文章編號：1673-4874（2025）04-0123-04

0 引言

特大跨徑預應力混凝土部分斜拉橋箱梁構造復雜，多隔板、多箱室，箱室內部結構和截面尺寸隨梁長漸變。這使得內模設計尺寸型號繁多，造成模板利用率低、成本高的問題。同時，采用掛籃懸臂澆筑法施工時，箱梁內模裝拆和轉移依賴人工，內模尺寸型號過多、重量過大，嚴重影響施工效率，導致工程延誤。

既有研究雖在橋梁模板設計方面取得一定成果[1-2]，但針對特大跨徑寬幅箱梁內模集約化設計的深入探討仍顯不足。如何有效提高箱梁內模的利用率和施工便利性，降低內模成本并加快施工速度，成為亟待解決的關鍵問題。

本文結合培森柳江特大橋工程實踐，深入剖析箱梁內模設計要點，提出創新的集約化設計方案，為解決特大跨徑寬幅PC部分斜拉橋箱梁內模設計難題提供新思路，對推動橋梁工程領域的技術進步具有重要現實意義。

圖1無索區梁段典型截面圖

圖2有索區梁段典型截面圖

1工程概況

培森柳江特大橋主橋為 145m+280m+145 m雙塔單索面預應力混凝土部分斜拉橋，主橋箱梁為整幅單箱三室直腹板變截面結構，梁高及底板厚度隨梁長以1.8次拋物線變化，頂板厚度中箱室標準為 600mm ，邊箱室標準為 300mm ，頂板厚度變化主要在 1^?～3^? 梁段及邊跨現澆梁段；邊腹板厚度分三級即1000mm、800mm、600mm ，中腹板厚度也分三級即 900mm ， 700mm 500mm ，各級厚度之間通過梁段漸變完成轉化。

主橋箱梁劃分為38個節段， 1^?～35^? 節段為懸澆梁段，其中 1^?～10^? 節段為無索區梁段（見圖1）， 11^?～33^? 節段為斜拉索錨固梁段（見圖2）。斜拉索錨固梁段設有橫隔板，梁段間橫隔板處設置 1200mm×1200mm 過人孔作為施工及檢修通道。

2箱梁內模設計思路

該工程主箱梁截面和各部結構尺寸既有固定也有變化。如箱室截面隨梁長不斷變小，用于錨固斜拉索的齒塊角度隨斜拉索角度逐漸變小，頂板倒角尺寸在腹板和頂板等厚度下不變，在變厚度時又發生變化。因此內模的設計需綜合考慮各箱室內截面變化和各結構部位的設計參數異同性，對箱梁內模進行整體分析和網格劃分配模設計，先整體再局部，既考慮整體的通用性也考慮局部的特異性。

3箱梁內模材料選擇

工程上常用模板有木模板和鋼模板兩種。木模質量整體較輕，但剛度和強度偏低，在反復周轉使用過程中容易變形、損毀，需要經常性更換，木模通過附肋等輔助安裝，精度控制較差，安裝加固要求較高，整體上效率不高；鋼模強度大、剛度好，但質量重，模板劃分過小不利于拼裝，降低工效，劃分過大則又太重，工人難以搬運和裝拆。此外，本橋箱梁內部空心箱室二維尺寸及上下倒角等構造尺寸隨梁長不斷變化；含橫隔板箱梁內部箱室由于橫隔板的阻擋，模板周轉只能從過人孔進行，過人孔尺寸為1 200mm×1200mm ，通行不甚便利。這兩種模板施工方式均給實際操作帶來了不少麻煩。木模板通常采用現場散拼，根據箱梁內箱尺寸變化，不斷裁剪模板的方式進行施工，此做法使得模板安裝定位精度難以控制，澆筑外觀質量差；施工過程中，需要頻繁調整模板，導致施工周期延長；模板使用壽命短，且無法回收利用，這不僅增加了成本，也對環保造成了不利影響。而采用鋼模板作為內模使用時，由于其重量較重，模板周轉需經過人孔，難以使用機械輔助，故而模板安裝、拆除及周轉極為不便，且易引發安全問題。因此，該橋需從選材開始，對模板進行全方位設計，以保證施工效率、質量，同時兼顧工程經濟性。

鋁合金模板具有輕量化、高周轉率的特點，其配模設計已在同類工程中驗證了可行性[3-4。綜合考慮結構特殊性和施工效率，采用鋁合金板材加工制作內模。鋁合金模板重量只有鋼模1/3，但有良好的剛度和強度，不易變形、損毀，且采用裝配式設計可以極大提高模板的裝拆效率[5]。

4配模設計

由于內箱構造的特殊性，模板的分類變得相對復雜，配模設計的好壞直接關系到模板的易用性和整體使用效率。現有研究表明，大型變截面箱梁內模優化需兼顧非標模板比例與施工便捷性，因此嚴格遵循最大程度使用標準模板的原則。此外，含橫隔板梁段內箱模板需從過人孔轉運，過人孔尺寸僅有 1200mm×1200mm. 模板若尺寸過大則不易轉運，同時因其阻擋無法使用大型設備輔助轉運模板，模板也不可過重。根據相關研究數據，鋁合金模板單位面積重量一般 lt;25kg/m² ，安裝工人可以輕松拆卸[。因此，考慮到施工效率和搬運便利性，標準模板的尺寸設計選擇 600mm×1200mm ，能夠保證模板的重量在可人工搬運的范圍內。箱梁空心箱室各倒角處采用單獨設計的異形模板，每種規格型號異形模板僅適用于對應尺寸倒角施工，不可混用。同時配設調節模板，用于調節模板拼接寬度。

4.1無橫隔板梁段配模設計

4.1.1 頂板模板設計

邊箱室頂模板采用縱、橫向配合配模設計，以最大程度使用標準模板為基本原則，內箱倒角處等無法使用標準模板則采用專用規格異形模板。無橫隔板內箱寬度在部分梁段存在漸變變化，因而橫向模板配模方式視內箱寬度變化而定，具體配模方法如表1和圖3所示。

表1無橫隔板梁段內箱頂模橫向配模方法表

4.1.2腹板模板設計

腹板模板按豎向從上至下依次進行方形配模設計，考慮到頂板設計存在縱坡且部分梁段頂板厚度逐漸變化，導致腹板邊緣非直線，故先在腹板頂部采用通用梯形模板調整線形，再接續裝配標準模板直至接近底板位置。另外，由于梁高及底板厚度均以18次拋物線變化，腹板底部再度使用專用梯形模板將模板下緣線形調整至與梁體線形貼合。腹板內側模配模設計如圖4所示。

4.2含橫隔板梁段配模設計

4.2.1橫隔板模板設計

橫隔板配模設計同樣以最大程度使用標準模板為基本原則。邊箱室中軸線處存在尺寸 1200mm× 1200mm過人孔，因此采用自中軸線向兩側的配模順序，兩側邊緣剩余寬度較小無法安裝標準模板，因此各采用一塊異形模板進行補齊。中箱室橫隔板寬度較小，中間采用一塊標準模板，兩側各配一塊異形模板的配模方式。橫隔板與頂板搭接處存在較大尺寸倒角，設計專用過渡模板進行銜接，且由于箱梁頂板并非水平面，因此橫隔板與頂板的過渡模板采用雙層設計。首層過渡模板為空間異形模板，其作用為覆蓋倒角并將頂板模板過渡至橫隔板豎直面；次層過渡模板為平面調節模板，其作用是將首層過渡模板線形導直以銜接標準模板；橫隔板與腹板、橫隔板與底板間為單一規格的小倒角，因而采用一套異形模板作為銜接。橫隔板配模如圖5所示。

圖5橫隔板配模設計圖

4.2.2頂板、腹板模板設計

含橫隔板梁段頂板、腹板模板配模的思路與方法與無橫隔板梁段一致，區別在于受橫隔板阻擋，頂板、腹板模板需拆分成前后兩部分，拆分后腹板前箱空間較小，僅安裝一塊異形模板即可。含橫隔板梁段內模配模設計如圖6所示。

圖7箱梁內模有限元模型圖

5內模驗算分析

5.2計算荷載

（1）鋼筋混凝土容重取 26kN/m³ 。

（2）施工機具及人群荷載取 2.5kN/m² 。

（3）傾倒和振搗混凝土荷載取 4kN/m² 。

（4）新澆筑混凝土對模板側面壓力荷載：內模所承受的流動混凝土側壓力主要為梁段澆筑時，混凝土初凝前對圍堰壁板產生的側壓力。新澆筑的混凝土作用于模板的側壓力標準值，按式（1）、（2）計算，并取二者中的小值：

F=γ_cH

根據混凝土側壓力的計算公式，計算得到新澆筑混凝土對模板的側壓力為 F=40.28kN/m² 。

5.3計算結果

模型驗算時，以面荷載形式將荷載加載至模型上，面板驗算結果如圖9所示，模板肋驗算結果如圖10所示。

為確保鋁合金內模板的力學性能滿足設計要求，采用MidasCivil有限元軟件對混凝土澆筑過程中的內模受力進行仿真分析，以驗證其結構安全性。

根據圖9和圖10，內模面板最大組合應力 σ_max= 181. 77MPa（lt;200MPa） 、最大剪切應力 τ_max=17.7MPa 中 ≤ 115 MPa） ；模板肋板最大組合應力 σ_nex=145.30MPa （lt;200MPa） 、最大剪切應力 τ_max=17.92MPa（lt;115MPa）_c 計算結果均滿足材料強度要求，模板結構設計合理。

6 工程應用

圖6含橫隔板梁段內模配模設計圖

5.1建模參數

模板面板、模板肋板均采用4mm鋁合金板，鋁合金型號為6061-T6，模板面板采用板單元模擬，模板肋板采用梁單元模擬。建立MidasCivil有限元模型如圖7所示。

培森柳江特大橋主橋箱梁內模綜合考慮全梁段結構的統一性和差異性，從資源集約化角度出發，以最大程度使用標準模板為配模原則，采用標準模板、調節模板、異形模板三種類型進行配模設計，極大程度提升了內模利用率和周轉性。工程實際應用中，無索區梁段內模的標準模板的配模率達 72% ，斜拉索錨固梁段受橫隔板影響，箱室結構更加復雜，經過集約化設計，標準模板配模率達到 58% 。配模設計結果如表2所示。

表2培森柳江特大橋主橋箱梁內模配模設計結果表

圖8模板面板受力驗算結果云圖

圖9模板肋板受力驗算結果云圖

在采用此配模設計方案下，培森柳江特大橋主橋箱梁階段施工速度明顯提升，單個節段的內模安裝時間可縮短1倍，如表3所示。與傳統支架立模工藝對比，采用裝配式內模吊架施工技術大幅縮短了內模安裝時間，培森柳江特大橋平均單個懸澆梁段實際施工工期約13d，平均每個懸澆梁段比采用傳統工藝建成的同類型橋梁快4.5d，工期效益顯著。

表3有索區梁段不同立模工藝每節段施工周期對比表單位：d

7結語

培森柳江特大橋主橋箱梁內模集約化設計是一次成功實踐。通過對箱梁內模進行全面整體分析和精細配模，嚴格遵循最大程度使用標準模板的原則，有效減少了模板規格類型，大幅降低了模板的非標率，提升了內模的標準化、模塊化程度，有利于提高現場施工便利性，提升內模安拆效率，加快梁段施工速度。

從實際效果來看，標準模板綜合配模率約 65% ，通用模板（包括標準模板和通用異形模板）綜合配模率約 77% 。這一系列數據充分表明，該設計方案極大地提高了內模的利用率，減少了模板用量，降低了模板使用成本。

本研究成果不僅為培森柳江特大橋的順利建設提供了有力保障，也為今后類似特大跨徑寬幅PC部分斜拉橋箱梁內模設計提供了寶貴的借鑒經驗和可推廣的技術方案。

參考文獻

[1]易垚.大跨徑斜拉橋懸臂澆筑施工中掛籃及其模板適用性研究[D].重慶：重慶交通大學，2017.

[2]彭剛.大型變截面預制箱梁內模優化及裝拆施工技術[J].珠江水運，2021（10）：45-48.

[3林相春.鋁合金模板配模設計應用研究LJ].福建建筑，2022（3）：112-116.

[4]褚曉川.基于BIM技術的鋁合金模板深化研究[D」太原：太原理工大學，2022.

[5]王孔燈.鋁合金模板施工技術研究及應用[J].福建建材，2024（12）：111-115.

[6]李兵兵，劉錚，程川，陽書均，張華健.鋁合金模板標準化研究對降本增效的作用C.2023年全國工程建設行業施工技術交流會論文集（中冊） ，2023：332-334