薄壁空心墩模板设计及受力分析

吴宝喜

（中国铁建大桥工程局集团第四工程有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150001）

薄壁空心墩模板设计及受力分析

吴宝喜

（中国铁建大桥工程局集团第四工程有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150001）

薄壁空心高墩的模板设计与受力计算，面板、背肋、拉杆等的材料配置分析，施工顺序、施工工艺、注意事项的论述。

模板；设计；受力分析

1 模板基本形式

表1

图1 空心墩身截面图

2 模板工程设计方案

根据本工程结构特点及国家相关清水混凝土墩柱的施工规范，以达到施工安全，结构合理稳定，刚度合理的目的。本着为客户着想的设计思路，模板由A墩向B墩流水使用，模板流水过程中不能通用的部分增加模板，确保工程结构的顺利施工。本工程模板按106系列设计，模板背楞采用[14#b，模板加固采用高强拉螺栓体内对拉形式。本工程具体施工方案如下：

2.1 第一次施工

底部抗渗混凝土作为第一浇筑部分；底部支撑垫石浇筑时应设置预埋件，支模时用木方及设置好的预埋件固定模板底部，防止跑模（图2），具体加工措施见图3。

图2

图3

2.2 第二次施工

墩身部分施工，详见后附图纸（图4）。

图4

图5

2.3 第三次施工

墩顶施工，内模顶端施工时，预埋钢件，作为焊接钢牛腿支点，然后配合假手架作为顶端托盘及顶帽的底模支撑，见图5。

整体芯模建议按以下顺序支模施工。先支下部腋角模→浇注混凝土→再支直段部分模板→浇注混凝土→拆模→最后支顶部模板，浇注混凝土。

3 荷载计算

3.1 计算依据

①假定计算条件；②混凝土浇筑速度为v=2.0m/h；③浇筑温度为200C；④坍落度为150mm，大于100mm；⑤混凝土掺加外加剂。

3.2 计算过程

3.2.1 侧压力计算

新浇筑的混凝土作用于模板的侧压力，按下列二式计算，并取二式中较小值。

对普通混凝土来说，新浇筑混凝土自重标准值γc=24kN/m3；新浇筑混凝土初凝时间（h）取t0=200/（20+15）≈5.71（h）；混凝土的浇筑速度v=2.0m/h；取混凝土侧压力计算位置处，至新浇混凝土顶面总高度为2.4×5.71=13.7m；外加剂修正系数β1=1.2；坍落度影响修正系数β2=1.15。

F=0.22×24×5.71×1.2×1.15×2.01/2=58.84kN/m2，F=24×13.7=328.8kN/m2，取其小值：F=61.4kN/m2

荷载组合：

系数取值：k活=1.4，k恒=1.2

3.2.2 桥墩模刚度分析

（1）面板分析

①计算单元选取，在最大侧压力区选择1mm宽度分析：

②受力简图：仅按平模分析基本为连续多跨，这里偏大按连续三跨分析，L=300-48=252（48为10#槽钢宽度）。

图6

③强度分析

④刚度分析q线=0.059N/mm2

故面板刚度合格。

（2）背肋刚度分析（按两端悬臂单跨向支梁分析）

②受力简图：按两端肋承载宽度=300+300/2=450mm分析

q肋=450×0.059=26.55N/mm q肋′=450×0.076=34.2N/mm（如图 7）

图7

③强度分析，肋下端为悬臂，最大弯距在下端支座处。

故肋刚度合格。

（3）边框刚度分析（也按两端悬臂单跨简支梁分析）

②受力简图

图8

③刚度分析λ=0.45

故边框刚度合格。

（4）背楞强度、刚度分析

①最大变形状态分析

因柱模穿墙栓内间距为1200mm，悬臂500mm；按最不利的两端悬臂的简支梁考虑。

②基本数据，因竖肋较密，故背楞近似按承受均布荷载计算。背楞为双14a#槽钢

③计算简图

图9

④背愣强度分析

σ=M肋/W肋=9120000/16.106×104=56.6N/mm2＜［σ］=215N/mm2，背楞强度合格。

⑤背愣刚度分析

（5）对拉栓构件强度分析

①对拉栓最大承载力分析

对拉栓的垂直间距1000mm，水平间距以最不利的中间对拉栓为计算依据，距左边对拉栓1400mm，距右边对拉栓1200mm。中间对拉螺栓最大承载力面积Amax=0.5×（1.2/2+1.4/2）=0.65m2，对拉栓最大承载力为：N柱max=Amaxq侧计=0.65×59=38.4kN

②穿墙栓结构，采用组合穿墙栓，具体见设计图：

主杆强度安全。

（6）接头强度分析

接头强度安全。

（7）搭接头强度分析

故搭接头强度安全。

（8）接头焊缝强度分析

焊缝长L=150－60=90mm，焊缝断面宽b=2×5=10mm，接头有四条焊缝同时承剪，采用E43型焊条：

故接头焊缝强度安全。

（9）锥帽强度分析

与接头连接端M24×2（内螺纹） D大=36 d小=24

外伸端头：M30×2（外螺纹） d小=27.835

取较小承载面积A接分析。

故锥帽强度安全。

以上计算均为理想状态下，考虑到施工现场其他不可预见性情况，应将浇筑速度控制在1.5m/h。

4 模板钢材配置

墩柱内模板直边面板采用δ=4mmQ235A板，边框采用δ=12mm扁钢，竖肋采用[6.3#，横肋采用8mm扁钢，竖肋间隔均为300mm左右；体内对拉形式的直边背楞采用双[10#，圆端环肋背楞采用双10mm扁钢，对拉螺栓采用高强T18螺栓（见图10～11），高强螺栓为通扣螺纹，采用山型母配套，此高强螺栓的特点是较长螺栓与较短螺栓通用，且强度能够满足大部分的施工强度要求。直边模板与圆端模板采用背楞对拉形式协上协助加固（见图12），用此办法保正圆弧模板与直板的整体性，保证模板强度。

如施工方有特殊要求，则以施工方要求为准。模板选用材料符合国家现行标准，模板结构设计和焊接质量满足甲方的使用要求。

5 模板拆除注意事项

墩柱浇注完成后，模板由上到下拆除模板，模板在起吊前应注意检查：

（1）模板的对拉螺杆及连接螺栓是否拆除，检查模板周边是否还有兜挂处，如发现上述问题，应及时拆除后再起吊。

图10 高强对拉螺栓

图11 高强对拉螺栓配套螺母

图12

（2）吊环是否完好，螺母是否松动、脱落，如果存在此问题模板不允许起吊，必须马上对其纠正完全达到起吊条件后才能起吊，确保现场施工安全。

[1]施工单位提供的混凝土体尺寸图纸.

[2]《铁路桥涵施工规范》（10203-2002TB）.

[3]《钢结构设计规范》（GB5001-2003）.

[4]《钢结构施工及验收规范》（GB50205-2001）.

[5]施工方提供的混凝土浇注条件和混凝土对模板产生的最大侧压力.

[6]《铁路桥涵工程施工质量验收标准》（10415-2003TB）.

U445.55+9

A

1004-7344（2016）08-0143-03

2016-3-1