李海霞

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永定河特大橋引橋異型橋墩模板設(shè)計

李海霞

（中鐵集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

北京六環(huán)路梁型橋墩模板集橋墩模板與梁型模板于一身，具有模板本身多元化、結(jié)構(gòu)形狀空間化、混凝土一次性澆筑復(fù)雜化等特點(diǎn)，主要講述2#墩模板的設(shè)計制作依據(jù)及方法，來探討異型模板的施工技術(shù)，為同類工程提供參考。

梁型橋墩；模板；受力；計算

一、設(shè)計背景

作為非標(biāo)準(zhǔn)化混凝土澆灌模具，橋梁墩柱等模板具有操作使用便利、成型表面規(guī)則光潔、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化鐵路、公路、隧道等工程中。而工程用大眾化模板包括公路橋梁模板和鐵路橋梁模板[1]。根據(jù)不同的條件，橋梁模板又可分為單雙室箱梁（大箱梁、小箱梁）、禾型墩柱、墩柱模板、墩臺、蓋梁、T型橋梁模板等、墩身墩帽模板、預(yù)制梁模板、現(xiàn)澆梁模板等。而本文中設(shè)計與使用的北京六環(huán)路梁型橋墩模板集橋墩模板與梁型模板于一身，具有模板本身多元化、結(jié)構(gòu)形狀空間化、混凝土一次性澆筑復(fù)雜化等特點(diǎn)[2]。

二、工程概況及設(shè)計依據(jù)

由中鐵十八局第五工程公司承建的北京長安街西延（三石路-古城大街）道路工程、第三標(biāo)（K2+550.00-K3+100.66）橋梁工程、永定河特大橋引橋0#-3#墩主體工程，是比利時道路橋梁設(shè)計專家組及北京市市政工程設(shè)計研究總院聯(lián)合設(shè)計的工程項目。圖1所示的從左至右依次為0#墩、1#墩、2#墩、3#墩以及現(xiàn)澆梁模板為我單位設(shè)計制作。本文主要講述2#墩模板的設(shè)計制作依據(jù)及方法。

圖1 橋墩位置分布示意圖

2#墩設(shè)計構(gòu)造形式是世界首例，其墩柱跨度為50米，前后左右從底部向上呈錐度形式，外部四條棱邊R=15mm圓弧倒角設(shè)計。平均混凝土厚度3米，高11.3米，中間貫穿設(shè)計3組門洞，且門洞處兩側(cè)向內(nèi)倒角回收27cm。澆筑混凝土總重約為900噸并實(shí)現(xiàn)一次性澆灌（如圖2）。

圖2 三維效果圖及平面構(gòu)造圖

作為北京市政工程項目，對現(xiàn)澆梁及墩柱的要求質(zhì)量非常嚴(yán)謹(jǐn)，并且要求模板的設(shè)計加工必須滿足以下幾點(diǎn)：

第一，根據(jù)施工方法保證模板的自身強(qiáng)度。

第二，保證外形尺寸，精確到毫米。

第三，固定模板制作塊數(shù)且要求板縫拼接方式。

第四，為了外形美觀，不允許有穿墩拉桿。

第五，模板分塊最大化，便于安裝拆卸。

第六，出廠前預(yù)拼裝，并檢驗(yàn)合格。

三、材料選擇及設(shè)計

（一）針對性設(shè)計及材料的選擇

材料選擇國標(biāo)化，型材板材選擇為預(yù)定長、寬度板材。墩身結(jié)構(gòu)是一個形式類似于梁型的墩柱，墩柱模板基本材料：面板為δ=6mm鋼面板，貼面背肋為槽鋼[12#，連接螺栓為M20，大背肋為][18組焊件。以上材料的材質(zhì)均為Q235。對拉桿采用直徑φ25的精軋螺紋鋼（圖3）。在設(shè)計中充分考慮模板分塊及連接部分的脫模角度，使之便于安裝及拆卸。

圖3 模板及支撐布局

（二）強(qiáng)度受力分析

模板本身側(cè)模板由于不允許存在穿梁拉桿，且單塊模板長度最高可達(dá)到9米，這里我們在模板的外部增加桁架以增強(qiáng)模板自身的撓度，達(dá)到每塊模板能夠滿足自身強(qiáng)度，并合理布局外部拉桿梁距離。以下只針對局部最薄弱孔洞模板及支撐進(jìn)行受力分析。

1.編制依據(jù)

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》-新規(guī)范2014；

《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50205—2001；

《建筑工程大模板技術(shù)規(guī)程》JGJ 74—2003；

《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》TZ210-2005；

《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666-2011；

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）。

2.受力計算依據(jù)

①梁身結(jié)構(gòu)尺寸：

梁身上口寬2.13m，下口尺寸為3.5m，梁長54m（單側(cè)），總體積約為850m3，高度方向平均截面積為152㎡。

②混凝土澆筑時側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值：

F——新澆筑混凝土對模板的側(cè)壓力，KN/㎡

rc——混凝土的重力密度，25KN/m3

to——新澆混凝土的初凝時間（h）

新澆混凝土的初凝時間（h），可按實(shí)測確定。當(dāng)缺乏實(shí)驗(yàn)資料時，可采用t=200/（T+15）計算；T=混凝土的入模溫度取30°得：

t=200/（30+15）=4.44

β1——外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時取1.0，摻加具有緩凝作用的外加劑時取1.2。（本例摻外加劑）

財務(wù)人員管理是加強(qiáng)財務(wù)管理的基礎(chǔ)，財務(wù)人員是具體監(jiān)管政策的執(zhí)行者。政府監(jiān)管部門及民辦非營利性醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)重視加強(qiáng)對財務(wù)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn),促進(jìn)他們提高業(yè)務(wù)能力和工作水平。主管部門在財務(wù)人員業(yè)務(wù)培訓(xùn)時，應(yīng)要求公立醫(yī)療機(jī)構(gòu)和民辦醫(yī)療機(jī)構(gòu)統(tǒng)一接受培訓(xùn)。

β2——混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30mm時。取0.85；50~90mm時，取1.0；110~150mm時，取1.15.（本例取1.15）

ν——混凝土澆筑速度m/h。按兩臺泵車澆筑速度55m/h進(jìn)行控制，澆筑長度按54m控制，則混凝土澆筑速度為：V=55/（2.13+3.5）/2*54=0.36m/h

H——混凝土側(cè)壓力計算位置處至新澆混凝土頂面的總高度，H=0.36*4≈1.5m

有：Fc=0.22×25×4.44×1.2×1.15×0.36?=20.2KN/㎡

Fc= rcH=25×1.5=37.5KN/㎡

按規(guī)范?。篎c=20.2KN/㎡

③傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2KN/㎡（混凝土入模時采用溜槽入模）

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB_50009-2001)和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB50666-2011的有關(guān)規(guī)定，各類荷載相應(yīng)的分項系數(shù)和調(diào)整系數(shù)，取值如下：

恒載分項系數(shù)?。?

活載分項系數(shù)?。?.4

折減調(diào)整系數(shù)?。?.85

④則混凝土澆筑的側(cè)壓力設(shè)計值為：

20.2×2×0.85=34.34KN/㎡

⑤傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載設(shè)計值為：

2×1.4×0.85=2.38 KN/㎡

⑥混凝土振搗荷載取2.0KN/㎡；

⑦風(fēng)載荷：q=9*Wk=9*1*1.3*0.74*0.45=3.9KN/㎡

⑧總荷載設(shè)計值為：

F0=34.34+2.38+2+3.9=42.6(KN/㎡)

鋼模主要承受混凝土的側(cè)壓力，側(cè)壓力取為F=43KN/㎡，有效高度h=F0/rc=43/25=1.72m

3.水平懸掛模板受力計算

混凝土澆筑總自重

根據(jù)設(shè)計尺寸得：G=（2mx3.2mx8m）x25kN/m3=1280KN

即：Q=1280/16=80KN/m2

模板自重由兩側(cè)模板分擔(dān)，不計入重力計算。

①面板計算

取單格面板450mm×300mm作為計算單元，則單位寬板承受的荷載為： ???層級標(biāo)題

q=80×0.45=36KN/m

偏于安全考慮，不考慮橫向肋板對面板的加強(qiáng)作用，將面板受力狀況簡化為以豎肋[12為支點(diǎn)的簡支梁。其簡化受力分析示意圖見圖4。

圖4 面板簡化受力分析示意圖

面板的截面抗彎系數(shù)為：

W1=b*h2 /6=0.45*0.006*0.006/6=2.7(cm3)

面板的截面抗彎慣性矩為：

I1=b*h3 /12=0.45*0.006*0.006*0.006/12=0.81(cm4)

根據(jù)公式有:面板所受的最大彎矩為：

Mmax=qL2/8=36*0.3*0.3/8=405(N·m)

面板所受最大彎曲應(yīng)力為：

σmax=Mmax/W=405/2.7=150(MPa）<[σ]=160

面板在該載荷下所產(chǎn)生的最大變形量為：

Ymax=5*q*L4 /(384E*I) =5*36000*0.34 /(384*206*109 *0.9*10-8)=0.00205（m）

∴δ6面板強(qiáng)度及剛度滿足要求

②背筋計算

背肋與面板等共同承受外力，背肋的材料規(guī)格為槽鋼[12，查型鋼特性表，得截面面積A=15.362cm2 IX=346 cm4，W=57.7 cm3

豎肋材料初步確定為[12。對豎肋進(jìn)行力學(xué)檢算時,其力學(xué)模型可以簡化為以桁架布置處為支撐點(diǎn)，豎肋為一受平均載荷的簡支梁。其受力分析示意圖見圖5。

圖5 豎向小肋[12受力分析示意圖

豎肋作用范圍內(nèi)各處壓力按均值計算其值為：q=F0*h1=80*0.3=24 (KN/m)

其中h1為[12的有效作用寬度(即[12間距)，其值為0.3m

∵L1=0.5>(0.707-0.5)*2=0.414=(0.707-0.5)*L

肋[12所受最大彎矩為：Mmax=q1*L12 /2=24000*0.55*0.55/2=3630 (N·m)

肋[12的抗彎截面系數(shù)：W=57.7 (cm3)

肋[12所受的最大彎曲應(yīng)力為:σmax=Mmax/W=3630/57.7=63 (MPa）<[σ]

肋[12懸臂變形量為:

y1=q1*L24/(8E*I)

∴ y1=24*5504 /(8*210000*3460000)= 0.38 (mm)≤200/400=0.5

肋[12跨中變形：

y1=[q1*L24/(384E*I)]*(5-24λ4 ) =[24*5504 /(384*210000*3460000)] *(5-24*0.54 ) =0.78mm ≤550/ 400 =1.375

∴豎向小肋[12強(qiáng)度及剛度滿足要求

③桁架計算

組合應(yīng)力為112.5MPa∠[σ]，強(qiáng)度及剛度滿足要求，見圖2所示。變形1mm，滿足設(shè)計要求，見圖3所示。

圖6 豎向小肋[12受力分析示意圖1

圖7 豎向小肋[12受力分析示意圖2

④支撐工字鋼強(qiáng)度計算

圖8

單根25b工字鋼受力圖例分析見下圖。

圖9

變形0.25mm滿足要求，見下圖。

圖10

最大垂直反力32噸，滿足要求，見下圖。

圖11

組合應(yīng)力為31.4MPa，滿足要求。

四、加工制作要求

為了施工便捷及澆灌混凝土后外表平整美觀，加工中要求以下幾點(diǎn)：

合理布局模板面板，采用寬度1500mm標(biāo)準(zhǔn)面板，且保證面板及模板接縫在同一水平面[3]。

所有面板采用機(jī)加工刨邊，保證對接平整一致。

單塊模板面板使用面不允許有焊接打磨痕跡。

焊接量嚴(yán)格按照模板加工手冊進(jìn)行，不允許有漏焊。

單塊模板矯正，并嚴(yán)格控制長寬尺寸，誤差小于1mm。

整體拼裝，校驗(yàn)合格。

五、結(jié)束語

此異型模板從設(shè)計制作到現(xiàn)場使用都非常成功圓滿，最終得到了施工單位和監(jiān)理的一致好評。

橋梁用模板應(yīng)用的大眾化刺激了模板市場競爭性，在傳統(tǒng)的設(shè)計加工工藝中，優(yōu)良產(chǎn)品的生產(chǎn)主要以加工的質(zhì)量和異型模板的加工難度為競爭手段。不斷革新模板的加工工藝，深入探討模板的優(yōu)良設(shè)計是目前模板制作的必要前提。只有以實(shí)踐結(jié)合生產(chǎn)、以用戶使用為生產(chǎn)目的才能更好的滿足市場的需求。

[1]婁曉東，盧丹楓.城市高架-軌道交通一體化橋墩施工技術(shù)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2016（09）23-25.

[2]袁書強(qiáng).高鐵門式框架橋墩施工技術(shù)研究[J].交通世界，2017（23）45-46.

[3]杜陽陽.橋墩施工難點(diǎn)及關(guān)鍵性技術(shù)[J].交通世界，2013（10）78-79.

Design of Irregular Pier Template t for the Diversion Bridge of Yongding River Bridge

LI Hai-xia

（China Railway eighteen Bureau Group Third Engineering Co., Ltd., Zhuozhou, Hebei 072750, China）

The template of Beijing sixth ring beam pier incorporates pier template and beam template. It has features like template diversification, structure spatialization, and complication of one-time pouring of concrete. This paper mainly introduces the design basis and methods of pier template and explores the construction technology of irregular template to provide references for similar engineering.

beam bridge pier; template; force; calculation

U443.22

A

1008—6129（2018）01—0069—07

2018—02—01

李海霞（1981—），女，山東壽光人，中鐵十八局集團(tuán)三公司，中級工程師。