胡偉+翁同和

摘 要：某碼頭工程采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱做為本工程的重要組成部分，沉箱預(yù)制質(zhì)量直接影響整個碼頭的穩(wěn)定性。沉箱模板設(shè)計是否合理對沉箱預(yù)制的質(zhì)量有很大影響。論文通過設(shè)計沉箱模板的受力分析，以保證安全保質(zhì)的完成沉箱預(yù)制工作。

關(guān)鍵詞：重力式碼頭 沉箱模板 結(jié)構(gòu)設(shè)計 受力分析

重力式碼頭是我國分布較廣、使用較多的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式。其堅固耐久，抗凍和抗冰性能好；能承受較大的地面荷載和船舶荷載，對較大的集中荷載以及碼頭地面超載和裝卸工藝變化適應(yīng)性較強；施工比較簡單，維修費用少，是比較受港務(wù)部門和建設(shè)單位歡迎的碼頭結(jié)構(gòu)形式之一。沉箱預(yù)制是本工程施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是工程的重點和難點之一，也是業(yè)主最為關(guān)心的工序。

1.沉箱模板結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1模板結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

應(yīng)保證混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，要求接縫嚴密，不漏漿；保證構(gòu)件的形狀尺寸和相互位置的正確；模板的構(gòu)造簡單，支拆方便；保證在施工過程中，不變形，不破壞，不倒塌；針對工程結(jié)構(gòu)的具體情況，因地制宜，就地取材，在確保工期、質(zhì)量的前提下，盡量減少一次性投入，增加模板周轉(zhuǎn)，減少支拆用工，實現(xiàn)文明施工。

1.2模板結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

基于上述設(shè)計原則本工程模板選用某工程1000t沉箱模板進行改造，本工程沉箱設(shè)計為600t，兩種沉箱結(jié)構(gòu)尺寸相似，具備改造條件。根據(jù)沉箱的結(jié)構(gòu)特點，沉箱模板分為底板和側(cè)墻兩個型式，底板模板設(shè)計考慮沉箱腳趾尺寸，防止混凝土澆筑時模板上浮。

面層模板采用5mm厚的鋼板，模板固定在橫楞、豎向鋼桁架上。面板后橫向設(shè)8#槽鋼橫向加勁肋，間距300mm；面板后縱向設(shè)小縱肋，5mm厚鋼板，間距300mm豎桁架高度為750mm，最大間距600mm，由橫肋8#槽鋼傳導至豎桁架節(jié)點處得集中力。桁架上下弦桿采用雙拼5#槽鋼，腹桿采用5#槽鋼，節(jié)點間距600mm。內(nèi)側(cè)模板面層設(shè)置相應(yīng)型鋼橫肋和直楞，中間設(shè)置3道井字形支撐，兩端帶頂緊調(diào)節(jié)螺桿，為方便鋼筋幫扎設(shè)置下層操作平臺。為平衡混凝土側(cè)壓力，內(nèi)模設(shè)置中間吊裝架，用可調(diào)式鉸與中間吊裝架連接。施工過程內(nèi)外模板之間不設(shè)置穿過混凝土結(jié)構(gòu)的對拉螺栓，外模通過底層混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留M36圓臺螺母進行定位，圓臺螺母為 Q235鋼。上層側(cè)模全部安裝就位后，吊裝上層操作平臺，以方便混凝土的澆筑。在沉箱上層澆筑時，在下方設(shè)置外掛操作平臺，以方便鋼筋綁扎施工。具體構(gòu)造詳見圖1。

2.沉箱模板受力分析

2.1模板荷載分析

模板工程屬于臨時工程。本文主要針對沉箱上層側(cè)模板設(shè)計，由于我國目前還沒有臨時性工程的設(shè)計規(guī)范，所以只能按正式結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范執(zhí)行，根據(jù)施工手冊“8-6現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)模板的設(shè)計”荷載計算指導進行計算。

2.2模板受力計算

2.2.1分析計算內(nèi)容

對于模板的受力計算，將模板各部分受力狀態(tài)簡化為數(shù)學模型通過結(jié)構(gòu)力學以及材料力學知識對其進行受力分析，以驗算其強度與剛度是否承受得住施工過程中產(chǎn)生的荷載。本沉箱模板主要從以下幾個方面進行：

模板側(cè)壓力分析；沉箱模板面板的強度、剛度分析；沉箱模板小縱肋、橫肋強度、剛度分析；沉箱模板背楞桁架強度、剛度分分析；沉箱模板螺栓拉桿強度分析。2.2.2載荷分析

模板的側(cè)向壓力主要是由新澆筑的砼對模板產(chǎn)生的側(cè)壓力P1和傾倒砼時對模板產(chǎn)生的水平動力荷載P2兩部分組成。根據(jù)《水運工程混凝土施工規(guī)范》（JTS202-2011）附錄F.1.6推薦的公式，采用插入式振搗器時，砼最大側(cè)

壓力為：Pmax=P1+P2

1）建立計算模型

面板后由橫肋8與5mm厚的鋼板條做肋板加強，橫肋間距@300mm，鋼板條間距@300mm，將沉箱面板劃分為300mm×300mm的小區(qū)格，屬于雙向板。根據(jù)建筑施工手冊第四版2常用結(jié)構(gòu)計算章節(jié)內(nèi)容，將此面板區(qū)格按三面固結(jié)、一面簡支的最不利受力情況進行計算。

2）強度、剛度分析

取1mm寬的板條作為計算單元，將其簡化一端簡支、一端固定梁，受到均布荷載的模型進行計算。通過查表（建筑施工手冊第四版2常用結(jié)構(gòu)計算2-1荷載與結(jié)構(gòu)靜力計算表）可算出面板強度最大撓度變形以及承受最大彎矩Mmax。通過計算1mm寬的面板截面最大抵抗矩，驗算模板強度是否符合要求。

2.2.3小縱肋強度、剛度分析

1）建立計算模型

在本工程模板中，小縱肋長度間距為300mm（橫肋間距），由于小縱肋滿焊在橫肋上，因此縱肋兩端受固定荷載，對小縱肋受力分析按照兩端固定梁進行計算。

2）強度、剛度分析

由于小縱肋間距較小，與面板共同工作承受荷載。因此進行強度計算時界面應(yīng)按照T形進行考慮。

3）橫肋強度、剛度分析

橫肋板采用8#槽鋼，間距300mm一道，橫肋主要承受面板傳遞的荷載，橫肋后設(shè)縱向桁架，交界處桁架提供豎向反力，因此按照支撐撐在豎向桁架上的連續(xù)梁計算，其跨距等于豎向桁架的間距為600mm，按五跨連續(xù)梁建立模型進行計算。

4）縱向強度、剛度分析

豎桁架高度為750mm，最大間距600mm，由橫肋8傳導至豎桁架節(jié)點處得集中力F。桁架圖如圖2。

模型建立：縱向桁架上部由對拉螺桿與內(nèi)模板體系進行固定，下部通過施工過程中預(yù)埋錐頭螺母與已澆筑完成的下層沉箱結(jié)構(gòu)進行固定，上下弦桿和腹桿基本軸向受力，因此可簡化為二力桿建立模型進行計算。通過正交分解進行受力分析，計算桿件受到應(yīng)力大小。進行撓度計算時，桁架撓度可近似的按幾個集中荷載作用下簡支梁的最大撓度公式進行驗算。

5）模板螺栓拉桿受力分析

桁架底部采用M24螺栓與沉箱內(nèi)預(yù)留圓臺螺母連接，M24螺栓間距取600mm，M24螺栓同時承受拉力和剪力，頂部螺栓采用M24螺栓與沉箱內(nèi)芯模桁架連接，M24螺栓間距取600mm，只考慮承受拉力。

底部螺栓剪力荷載主要考慮模板自重與施工荷載，拉力主要考慮混凝土側(cè)壓力。

頂部螺栓拉力考慮混凝土側(cè)壓力即可，因采取與底部螺栓同樣型號，可不進行剪力計算。

3.結(jié)語

經(jīng)過分析，此模板設(shè)計滿足施工要求，但設(shè)計過于保守。此模板原為1000t沉箱模板改造后用于本工程使用。由于對現(xiàn)有模板改造比制作一個新模板節(jié)省需費，所以對于本工程此模板稍顯保守。若制作新模板可進行以下調(diào)整以節(jié)約成本：減小面板厚度，選用4mm鋼板；橫肋選用較小的槽鋼；改變縱向桁架結(jié)構(gòu)，采用較大槽鋼代替雙槽鋼已節(jié)約材料；在水工行業(yè)內(nèi)涉及到許多大型混凝土構(gòu)件施工，模板設(shè)計合理與否，對鋼材的利用率以及成本有很大影響。因此，本文討論的模型分析可以為以后模板設(shè)計提供理論依據(jù)。

參考文獻：

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[2]中國建筑工業(yè)出版社.施工手冊（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

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