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        高橋墩無支架翻轉(zhuǎn)模板設(shè)計(jì)及計(jì)算

        2016-11-22 02:41:58程吉飛
        四川建筑 2016年5期
        關(guān)鍵詞:背楞橫橋側(cè)壓力

        程吉飛

        (中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)

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        高橋墩無支架翻轉(zhuǎn)模板設(shè)計(jì)及計(jì)算

        程吉飛

        (中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)

        文章結(jié)合惠興高速公路第八合同段老鷹巖大橋的工程實(shí)例,介紹了高橋墩無支架翻模施工的基本原理、模板結(jié)構(gòu)形式以及工作平臺(tái)的布置,仔細(xì)的分析了施工過程中模板的側(cè)壓力,并對構(gòu)成模板的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行了受力檢算,希望能在類似的工程中給予借鑒。

        翻轉(zhuǎn)模板; 基本原理; 側(cè)壓力分析; 計(jì)算

        1 工程概況

        老鷹巖大橋是惠興高速公路第八合同段重點(diǎn)工程之一。該橋全長680 m。上部構(gòu)造為先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)預(yù)應(yīng)力T梁橋,下部采用樁柱式橋墩,橋臺(tái)為重力式U形臺(tái)。其中8#、9#、10#、11#、12#為大體積實(shí)心矩形墩,截面尺寸2.1 m(順橋向)×5.4 m(橫橋向),最高橋墩38.96 m,地處較為陡峭的山坡上。

        2 翻轉(zhuǎn)模板施工的基本原理

        利用已經(jīng)達(dá)到一定強(qiáng)度的混凝土墩體為支承主體,通過以完成混凝土澆筑的模板來支承上層模板及平臺(tái),從而完成鋼筋綁扎、模板就位及混凝土的澆筑。實(shí)施作業(yè)時(shí),模板翻升、綁扎鋼筋、灌注混凝土等工作循環(huán)進(jìn)行,直到墩頂施工完為止。

        3 模板設(shè)計(jì)

        每套模板由3節(jié)等高模板組成, 每節(jié)模板高2.4 m,由側(cè)模、對拉螺栓、工作平臺(tái)等組成,每次澆筑墩身高度4.8 m。

        面板采用厚度為5.5 mm的Q235鋼板制作,平整度應(yīng)小于2 mm,面板外側(cè)邊框采用∠8角鋼,角鋼上設(shè)置螺栓孔,相鄰模板及上下層模板用螺栓進(jìn)行法蘭式連接。模板外設(shè)置豎向背楞,采用[8槽鋼,間距為30 cm。豎向背楞的外側(cè)設(shè)置橫向背楞,2塊[12.6槽鋼組成,上下間距為120 cm,橫向背楞直接焊在豎向背楞上。M22對拉螺栓順橋向水平間距為135 cm,豎向間距為120 cm,橫橋向在模板中間及平行于橫橋向的外側(cè)各布置一道對拉螺栓, 對拉螺桿用PVC管包裹,以便于重復(fù)利用,如圖1所示。

        圖1 模板結(jié)構(gòu)

        工作平臺(tái)由三角形桁架、護(hù)欄及安全網(wǎng)組成。角鋼加工的三角形桁架與模板豎向背楞焊接牢固,按1.2 m間距布置。三角桁架間用鋼筋焊接連成整體,其上鋪設(shè)5 cm厚竹條板形成工作平臺(tái)。竹條板與桁架水平桿用鐵絲連接固定以確保安全。三角形桁架上水平桿長度為90 cm,以保證有足夠工作空間。工作平臺(tái)外采用φ20螺紋鋼設(shè)置護(hù)欄,高度100 cm,在護(hù)攔的周圍懸掛安全兜網(wǎng),確保工人作業(yè)安全,如圖2所示。

        圖2 工作平臺(tái)示意

        4 模板結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

        4.1 模板側(cè)壓力分析

        混凝土作用于模板的側(cè)壓力,一般隨著混凝土的澆筑高度而增加,當(dāng)澆筑高度達(dá)到臨界值時(shí),側(cè)壓力不在增加,此時(shí)的側(cè)壓力即為新澆混凝土的最大側(cè)壓力。采用內(nèi)部振搗器時(shí),新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力可按照以下計(jì)算并取其中的最小值:F=0.22γct0β1β2v1/2=32.2 kN/m2,F(xiàn)=γcH=120 kN/m2,故最大側(cè)壓力為Fm=32.2 kN/m2,則有效壓力高度為h=F/γc=1.28 m。

        式中:F為新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓力(kN/m2);γc為混凝土的重力密度(kN/m3),取25 kN/m3;t0為新澆混凝土的初凝時(shí)間(h),可按實(shí)測確定,本工程取3 h(試驗(yàn)室提供);v為混凝土的澆灌速度(m/h),取2 m/h;β1為外加劑影響修正系數(shù),摻外加劑時(shí)取1.2;β2為混凝土塌落度影響系數(shù),110~150 mm時(shí),取1.15;H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的高程(m),取4.8 m,其受力見圖3所示。

        圖3 混凝土側(cè)壓力計(jì)算分布圖形

        4.2 面板計(jì)算

        取10 mm寬面板條作為計(jì)算單元。偏于安全考慮,不考慮豎肋板對面板的加強(qiáng)作用,將面板受力狀況簡化為以豎向槽鋼為支點(diǎn)的三跨連續(xù)梁,跨徑0.3 m,q=0.322 kN/m。查《路橋施工計(jì)算手冊》附表2-9可知:面板最大彎矩Mmax=Km×q×l2=0.1×0.322×0.32=0.0029 kN·m,截面系數(shù)W=bh2/6=50.4 mm3,剪力Q=K×q×l=0.606×0.322×0.3=0.0585 kN。

        彎曲應(yīng)力σmax=Mmax/W=57.5 MPa<[σ]=170 MPa,滿足要求。

        剪應(yīng)力τmax=1.5×FS/A=1.4 MPa<[τ]=100 MPa,滿足要求。

        撓度計(jì)算f=0.677×ql4/(100EI)=0.6 mm<1.5 mm,滿足要求。

        4.3 豎向背楞計(jì)算

        4.4 橫向背楞計(jì)算

        橫向背楞為雙拼[12.6槽鋼,間距1.2 m,則作用在上面的均布荷載q=38.6 kN/m。橫橋向?qū)菟ㄩg距1.35 m,縱橋向在模板中間安裝一排對拉螺栓。以對拉螺栓為支點(diǎn),可以將背楞受力簡化為0.675 m(懸臂)+1.35 m+0.675 m(懸臂)簡支梁結(jié)構(gòu)(橫橋向)和1.05 m+1.05 m連續(xù)梁結(jié)構(gòu)(順橋向)。具體受力分為兩種情況,采用Midas Civil軟件進(jìn)行計(jì)算。

        4.4.1 橫橋向橫向背楞計(jì)算

        受力模型如圖4所示。

        圖4 橫向背楞受力模型

        彎曲應(yīng)力σ=72.05 MPa<[σ]=170 MPa(圖5),滿足要求。

        圖5 橫向背楞彎曲應(yīng)力

        剪切應(yīng)力τmax=22.1 MPa<[τ]=100 MPa(圖6),滿足要求。

        圖6 橫向背楞剪切應(yīng)力

        撓度fmax=1.5 mm<3 mm (圖7),查《路橋計(jì)算手冊》178頁,滿足要求。

        圖7 橫向背楞位移

        4.4.2 縱橋向橫向背楞計(jì)算

        受力模型如圖8所示。

        圖8 縱橋向橫向背楞受力模型

        經(jīng)Midas Civil軟件計(jì)算得到:彎曲應(yīng)力σ=41.8 MPa, 剪切應(yīng)力τmax=21.3MPa,fmax=0.2mm<3mm。查《路橋計(jì)算手冊》178頁,均滿足要求。

        4.5 對拉螺栓檢算

        模板對拉螺栓用于連接兩側(cè)模板,承受混凝土側(cè)壓力產(chǎn)生的荷載,使模板有足夠的強(qiáng)度和剛度,采用直徑為22 mm的Q235圓鋼制作,截面面積A=380 mm2,承壓面積1.35×1.2=1.62 m2。

        σ=F/A=137 MPa,其中:F=32.2×1.62=52.2 kN滿足要求。

        5 結(jié)束語

        傳統(tǒng)的落地支架法需要在墩身周邊搭設(shè)腳手架,需要大量鋼管,每一段施工都要花費(fèi)時(shí)間去搭設(shè)腳手架。支架的自身重量較大,墩身周邊的地基承載力很難滿足支架自身重量,基礎(chǔ)需要進(jìn)行處理。

        實(shí)踐證明翻轉(zhuǎn)模板施工安全可靠,既減少了大量用于輔助施工的材料,又節(jié)省了成本。同時(shí)合理的利用塔吊實(shí)現(xiàn)了垂直運(yùn)輸,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了勞動(dòng)效率。

        [1] 江正榮,朱國梁.簡明施工計(jì)算手冊[M]. 第3版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

        [2] 周水興,何兆益, 鄒毅松. 路橋施工計(jì)算手冊(精)[M]. 北京:人民交通出版社,2007.

        [3] 楊文淵. 橋梁施工工程師手冊[M]. 北京:人民交通出版社,2001.

        程吉飛(1983~),男,工程師,從事橋梁工程施工技術(shù)工作。

        TU755.2+2

        B

        [定稿日期]2016-05-29

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