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        地下綜合管廊中的整體移動式支架模板結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

        2020-04-07 09:19:10何志祥徐海林中鐵四局第一工程有限公司安徽合肥230041
        安徽建筑 2020年1期
        關(guān)鍵詞:移動式管廊整體

        何志祥,徐海林 (中鐵四局第一工程有限公司,安徽 合肥230041)

        在地下管廊修建中,主體結(jié)構(gòu)施工多采用方木、模板配合鋼管支架體系進行施工,而傳統(tǒng)模板支架施工工序繁多,安裝拆除時間長,鋼管支架租賃成本較高,木模板周轉(zhuǎn)多次以后其施工質(zhì)量難以保證。為了適應(yīng)管廊未來的發(fā)展趨勢,針對傳統(tǒng)地下管廊施工工藝的特點和目前勞動力緊缺等問題,與臺灣實固股份有限公司聯(lián)合研發(fā)了“整體移動式支架模板”地下管廊結(jié)構(gòu)施工新工藝,并利用專用設(shè)備進行實驗,努力解決上述施工難題,實現(xiàn)地下管廊施工系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化,有效提高了施工工效和經(jīng)濟效益。

        1 移動模板支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

        1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計型式

        移動式模板支架體系以3.05m為一個單元單獨拼裝,根據(jù)不同變形縫、不同長度來組配模板單元達到整體澆筑的效果。

        移動式模板支架體系由四個部分構(gòu)成。

        ①面板系統(tǒng):防水夾板+蜂巢鋼+鋼次梁

        ②支撐系統(tǒng):圓盤式系統(tǒng)支架

        ③行走系統(tǒng):行走輪+卷揚機

        ④調(diào)整系統(tǒng):可調(diào)頂托、底座、側(cè)撐調(diào)整器

        圖1 整體移動支架模板模型圖

        ①面板采用大面積防水夾板,完成面平整美觀。模板框架采用蜂槽鋼+鋼次梁的方式取代傳統(tǒng)木料,堅固安全且經(jīng)久耐用,且結(jié)構(gòu)輕,方便模板組裝與模板移動。

        ②支撐系統(tǒng)采用圓盤式系統(tǒng)支撐架,為首款國內(nèi)研發(fā)生產(chǎn)能符合歐盟EN12810-1以及美國ANSI10.8規(guī)范的國際級產(chǎn)品。

        ③整體行走系統(tǒng)的設(shè)計使模板移動起來簡易快捷,不須再花費大量人力跟時間搬運材料,節(jié)省了大量勞動力。

        ④所有調(diào)整系統(tǒng)扣件均為進行結(jié)構(gòu)計算后特別設(shè)計,讓操作人員能有效準(zhǔn)確地組裝整個模板系統(tǒng),且檢驗人員方便檢驗,確??奂焚|(zhì)以及施工安全。

        1.2 結(jié)構(gòu)材料特性參數(shù)

        整體移動式支架模板結(jié)構(gòu)所使用材料特性參數(shù)如表1所示。

        1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新點

        整體移動式支架模板通過設(shè)計特有的適用與地下綜合管廊的面板系統(tǒng)、支架系統(tǒng)、調(diào)整系統(tǒng)以及行走系統(tǒng),實現(xiàn)了支架模板的整體移動、安裝與拆除。

        整體移動式支架模板的結(jié)構(gòu)簡單,整體安裝、拆除以及移動的施工方式操作簡單快捷,可提高一倍左右的施工工效。材料質(zhì)量優(yōu)良,面板可周轉(zhuǎn)次數(shù)最少20次以上,支架可周轉(zhuǎn)使用三年,極大地降低了施工成本。模板整體性強,扣件少,施工現(xiàn)場干凈整潔且安全性高,符合文明施工的理念。

        2 移動模板支架Midas模擬計算

        2.1 計算模型及參數(shù)

        每組模板材料特性參數(shù)(3.05m) 表1

        利用Midas建立移動模板支架三維模型,如圖2所示:

        圖2 模型消隱圖

        本模型共建立節(jié)點430個,梁單元415個,立桿底部約束三個方向自由度(Dx,Dy,Dz)來模擬。主楞與次楞的連接、次楞與模板的連接均采用彈性連接中的剛性連接來模擬。自重由軟件自動形成。新澆混凝土產(chǎn)生對側(cè)模板及底模板的壓力采用壓力荷載進行模擬,荷載加載如圖3所示。

        圖3 底模及側(cè)模荷載加載圖

        2.2 計算過程及計算結(jié)果分析

        2.2.1 強度計算結(jié)果

        通過Midas的計算,模板支架系統(tǒng)的強度計算結(jié)果如下所示。

        2.2.1.1 底模板計算

        圖4 底模應(yīng)力圖(單位:MPa)

        ①彎曲應(yīng)力:最大值σ=3.29MPa<[σ]=13.5MPa,滿足要求。

        ②剪應(yīng)力:最大值τ=0.19MPa<[τ]=0.9MPa,滿足要求。

        2.2.1.2 側(cè)模板計算

        圖5 側(cè)模應(yīng)力圖(單位:MPa)

        ①彎曲應(yīng)力:最大值σ=6.85MPa<[σ]=13.5MPa,滿足要求。

        ②剪應(yīng)力:最大值τ=0.56MPa<[τ]=0.9MPa,滿足要求。

        2.2.1.3 頂板次楞主楞計算

        ①組合應(yīng)力:最大值σ=23.94MPa<[σ]=210MPa,滿足要求。

        ②剪應(yīng)力:最大值τ=17.34MPa<[τ]=140MPa,滿足要求。

        圖6 頂板次楞主楞應(yīng)力圖(單位:MPa)

        2.2.1.4 側(cè)墻次楞主楞計算

        圖7 次楞主楞應(yīng)力圖(單位:MPa)

        ①組合應(yīng)力:最大值σ=151.46MPa<[σ]=210MPa,滿足要求。

        ②剪應(yīng)力:最大值τ=40.11MPa<[τ]=140MPa,滿足要求。

        2.2.1.4 立桿支撐計算

        圖8 立桿軸力、應(yīng)力圖(單位:MPa)

        2.2.2 剛度計算結(jié)果

        通過Midas的計算,模板支架系統(tǒng)的剛度計算結(jié)果如下所示

        2.2.2.1 模板計算

        圖9 模板位移圖(單位:mm)

        ①底模:最大變形f=0.29mm<L/400=300/400=0.75mm,滿足要求。

        ②側(cè)模:最大變形f=0.47mm<L/400=300/400=0.75mm,滿足要求。

        2.2.2.2 頂板次楞主楞計算

        圖10 模板位移圖(單位:mm)

        ①次楞:最大變形f=0.38mm<L/400=1800/400=4.5mm,滿足要求。

        ②主楞:最大變形f=0.25mm<L/400=1500/400=3.75mm,滿足要求。

        2.2.2.3 側(cè)墻次楞主楞計算

        圖11 模板位移圖(單位:mm)

        ①次楞:最大變形f=2.44mm<L/400=1800/400=4.5mm,滿足要求。

        ②主楞:最大變形f=0.63mm<L/400=600/400=1.5mm,滿足要求。

        3 移動模板支架施工工藝

        3.1 模板支架組裝步驟

        ①拼裝蜂巢鋼與鋼次梁,組裝框架系統(tǒng)。

        ②搭設(shè)圓盤系統(tǒng)支架。

        ③在鋼次梁梁上打眼,將防水夾板安裝在框架系統(tǒng)上。

        ④通過角隅連接器組裝連接內(nèi)側(cè)模板與頂模。

        ⑤裝設(shè)調(diào)整系統(tǒng)與橫撐,并將模板吊至管廊底板上方。

        圖12 模板支架組裝圖

        3.2 施工工藝流程

        整體移動式支架模板的施工工藝流程如圖13所示。

        4 工程實例

        圖13 移動支架模板施工工藝流程

        文章以??谑薪瓥|組團桂林洋片區(qū)的江東大道二期地下綜合管廊工程為依托,管廊線路總長8171m,為雙艙現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)段約占管廊總長的65%以上,其工程具有線路長、明挖支護深基坑施工、適合分段流水作業(yè)等特點。

        前期施工采用搭拆碗扣模板支架的傳統(tǒng)工藝,需投入大量勞動力,勞動強度高、施工效率低。后期根據(jù)工期進度、經(jīng)濟效益、安全質(zhì)量及文明等要求采用移動支架模板系統(tǒng)施工管廊廊體。選取一段20m長度管廊廊體施工,現(xiàn)將使用傳統(tǒng)工藝(易安特復(fù)合板+鋼管腳手架)與使用移動式支架模板進行對比分析。

        4.1 成型結(jié)構(gòu)對比分析

        根據(jù)現(xiàn)場廊體施工情況,采用易安特復(fù)合板+鋼管支架施工的廊體結(jié)構(gòu)面拼縫多且拉桿眼修補痕跡明顯。采用移動式支架模板施工的廊體結(jié)構(gòu)面光滑平整,外觀質(zhì)量優(yōu)良。

        圖14 易安特模板與移動支架模板施工結(jié)構(gòu)面對比

        4.2 經(jīng)濟效益及工效對比分析

        根據(jù)圖15分析可知,20m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段易安特復(fù)合板支架模板施工成本為5.12萬元;20m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段整體移動式支架模板施工成本為3.863萬元。

        采用傳統(tǒng)的竹膠板+鋼管腳手架,按20m/節(jié)段從墊層澆筑至主體結(jié)構(gòu)+頂板澆筑+拆除模板需16天完成,需配置10人。采用可移動式模板支架后從墊層澆筑至主體結(jié)構(gòu)+頂板澆筑+拆除模板需12天完成,需配置5人,經(jīng)對比分析得出時間上可節(jié)約4天,人員可減少1/2。

        圖15 易安特模板與移動支架模板施工經(jīng)濟成本對比圖

        4.3 安全文明對比分析

        易安特模板復(fù)合材料施工需使用到模板、鋼管、拉桿、方木、支架等,且其分別獨立,模板使用過程中需將其分別安裝或拆除,現(xiàn)場散亂零扣件多,文明施工不易保證。見圖16A、B。

        整體移動式支架模板安裝整體化、拆除整體化、移動整體化,無散亂零扣件,現(xiàn)場整齊規(guī)范。見圖16C、D。

        圖16 易安特模板與移動支架模板施工安全文明對比分析

        5 結(jié)論

        通過建模模擬實際荷載條件可知,側(cè)墻模板、主次楞、支架在對應(yīng)的荷載條件下,組合應(yīng)力以及剪應(yīng)力都滿足要求。頂板與側(cè)墻的主次楞的最大撓度小于最大允許撓度,滿足要求。

        依據(jù)設(shè)計在??诘叵戮C合管廊桂林洋段變形縫48~51三段標(biāo)準(zhǔn)段處進行整體移動式支架模板的拼裝,拼裝完成后將模板吊入管廊底板上進行內(nèi)模合模、外模合模、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、混凝土養(yǎng)護等工序。該三段標(biāo)準(zhǔn)試驗段共長88m,澆筑完成的混凝土結(jié)構(gòu)面光滑平整,無錯臺孔眼,拼縫少,外觀質(zhì)量和結(jié)構(gòu)尺寸以及防水性等方面均滿足設(shè)計要求。整體移動式支架模板的設(shè)計成功,為地下綜合管廊施工標(biāo)準(zhǔn)化、一體化提供了先例,為以后整體移動式模板支架的優(yōu)化提供了可靠數(shù)據(jù)。

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