永定河特大桥引桥异型桥墩模板设计

李海霞



永定河特大桥引桥异型桥墩模板设计

李海霞

（中铁集团第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

北京六环路梁型桥墩模板集桥墩模板与梁型模板于一身，具有模板本身多元化、结构形状空间化、混凝土一次性浇筑复杂化等特点，主要讲述2#墩模板的设计制作依据及方法，来探讨异型模板的施工技术，为同类工程提供参考。

梁型桥墩；模板；受力；计算

一、设计背景

作为非标准化混凝土浇灌模具，桥梁墩柱等模板具有操作使用便利、成型表面规则光洁、可重复利用等优点，被广泛应用于现代化铁路、公路、隧道等工程中。而工程用大众化模板包括公路桥梁模板和铁路桥梁模板[1]。根据不同的条件，桥梁模板又可分为单双室箱梁（大箱梁、小箱梁）、禾型墩柱、墩柱模板、墩台、盖梁、T型桥梁模板等、墩身墩帽模板、预制梁模板、现浇梁模板等。而本文中设计与使用的北京六环路梁型桥墩模板集桥墩模板与梁型模板于一身，具有模板本身多元化、结构形状空间化、混凝土一次性浇筑复杂化等特点[2]。

二、工程概况及设计依据

由中铁十八局第五工程公司承建的北京长安街西延（三石路-古城大街）道路工程、第三标（K2+550.00-K3+100.66）桥梁工程、永定河特大桥引桥0#-3#墩主体工程，是比利时道路桥梁设计专家组及北京市市政工程设计研究总院联合设计的工程项目。图1所示的从左至右依次为0#墩、1#墩、2#墩、3#墩以及现浇梁模板为我单位设计制作。本文主要讲述2#墩模板的设计制作依据及方法。

图1 桥墩位置分布示意图

2#墩设计构造形式是世界首例，其墩柱跨度为50米，前后左右从底部向上呈锥度形式，外部四条棱边R=15mm圆弧倒角设计。平均混凝土厚度3米，高11.3米，中间贯穿设计3组门洞，且门洞处两侧向内倒角回收27cm。浇筑混凝土总重约为900吨并实现一次性浇灌（如图2）。

图2 三维效果图及平面构造图

作为北京市政工程项目，对现浇梁及墩柱的要求质量非常严谨，并且要求模板的设计加工必须满足以下几点：

第一，根据施工方法保证模板的自身强度。

第二，保证外形尺寸，精确到毫米。

第三，固定模板制作块数且要求板缝拼接方式。

第四，为了外形美观，不允许有穿墩拉杆。

第五，模板分块最大化，便于安装拆卸。

第六，出厂前预拼装，并检验合格。

三、材料选择及设计

（一）针对性设计及材料的选择

材料选择国标化，型材板材选择为预定长、宽度板材。墩身结构是一个形式类似于梁型的墩柱，墩柱模板基本材料：面板为δ=6mm钢面板，贴面背肋为槽钢[12#，连接螺栓为M20，大背肋为][18组焊件。以上材料的材质均为Q235。对拉杆采用直径φ25的精轧螺纹钢（图3）。在设计中充分考虑模板分块及连接部分的脱模角度，使之便于安装及拆卸。

图3 模板及支撑布局

（二）强度受力分析

模板本身侧模板由于不允许存在穿梁拉杆，且单块模板长度最高可达到9米，这里我们在模板的外部增加桁架以增强模板自身的挠度，达到每块模板能够满足自身强度，并合理布局外部拉杆梁距离。以下只针对局部最薄弱孔洞模板及支撑进行受力分析。

1.编制依据

《钢结构设计规范》-新规范2014；

《钢结构工程施工及验收规范》GB50205—2001；

《建筑工程大模板技术规程》JGJ 74—2003；

《铁路混凝土工程施工技术指南》TZ210-2005；

《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011；

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）。

2.受力计算依据

①梁身结构尺寸：

梁身上口宽2.13m，下口尺寸为3.5m，梁长54m（单侧），总体积约为850m³，高度方向平均截面积为152㎡。

②混凝土浇筑时侧压力的标准值：

F——新浇筑混凝土对模板的侧压力，KN/㎡

rc——混凝土的重力密度，25KN/m³

to——新浇混凝土的初凝时间（h）

新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。当缺乏实验资料时，可采用t=200/（T+15）计算；T=混凝土的入模温度取30°得：

t=200/（30+15）=4.44

β1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺加具有缓凝作用的外加剂时取1.2。（本例掺外加剂）

财务人员管理是加强财务管理的基础，财务人员是具体监管政策的执行者。政府监管部门及民办非营利性医疗机构应重视加强对财务人员的业务培训,促进他们提高业务能力和工作水平。主管部门在财务人员业务培训时，应要求公立医疗机构和民办医疗机构统一接受培训。

β2——混凝土坍落度影响修正系数，当坍落度小于30mm时。取0.85；50~90mm时，取1.0；110~150mm时，取1.15.（本例取1.15）

ν——混凝土浇筑速度m/h。按两台泵车浇筑速度55m/h进行控制，浇筑长度按54m控制，则混凝土浇筑速度为：V=55/（2.13+3.5）/2*54=0.36m/h

H——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度，H=0.36*4≈1.5m

有：Fc=0.22×25×4.44×1.2×1.15×0.36½=20.2KN/㎡

Fc= rcH=25×1.5=37.5KN/㎡

按规范取：Fc=20.2KN/㎡

③倾倒混凝土时产生的水平荷载标准值取2KN/㎡（混凝土入模时采用溜槽入模）

根据《建筑结构荷载规范》(GB_50009-2001)和《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011的有关规定，各类荷载相应的分项系数和调整系数，取值如下：

恒载分项系数取：2

活载分项系数取：1.4

折减调整系数取：0.85

④则混凝土浇筑的侧压力设计值为：

20.2×2×0.85=34.34KN/㎡

⑤倾倒混凝土时产生的水平荷载设计值为：

2×1.4×0.85=2.38 KN/㎡

⑥混凝土振捣荷载取2.0KN/㎡；

⑦风载荷：q=9*Wk=9*1*1.3*0.74*0.45=3.9KN/㎡

⑧总荷载设计值为：

F0=34.34+2.38+2+3.9=42.6(KN/㎡)

钢模主要承受混凝土的侧压力，侧压力取为F=43KN/㎡，有效高度h=F0/rc=43/25=1.72m

3.水平悬挂模板受力计算

混凝土浇筑总自重

根据设计尺寸得：G=（2mx3.2mx8m）x25kN/m3=1280KN

即：Q=1280/16=80KN/m2

模板自重由两侧模板分担，不计入重力计算。

①面板计算

取单格面板450mm×300mm作为计算单元，则单位宽板承受的荷载为： ???层级标题

q=80×0.45=36KN/m

偏于安全考虑，不考虑横向肋板对面板的加强作用，将面板受力状况简化为以竖肋[12为支点的简支梁。其简化受力分析示意图见图4。

图4 面板简化受力分析示意图

面板的截面抗弯系数为：

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

面板的截面抗弯惯性矩为：

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

根据公式有:面板所受的最大弯矩为：

Mmax=qL2/8=36*0.3*0.3/8=405(N·m)

面板所受最大弯曲应力为：

σmax=Mmax/W=405/2.7=150(MPa）<[σ]=160

面板在该载荷下所产生的最大变形量为：

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

∴δ6面板强度及刚度满足要求

②背筋计算

背肋与面板等共同承受外力，背肋的材料规格为槽钢[12，查型钢特性表，得截面面积A=15.362cm² IX=346 cm4，W=57.7 cm3

竖肋材料初步确定为[12。对竖肋进行力学检算时,其力学模型可以简化为以桁架布置处为支撑点，竖肋为一受平均载荷的简支梁。其受力分析示意图见图5。

图5 竖向小肋[12受力分析示意图

竖肋作用范围内各处压力按均值计算其值为：q=F0*h1=80*0.3=24 (KN/m)

其中h1为[12的有效作用宽度(即[12间距)，其值为0.3m

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

肋[12所受最大弯矩为：Mmax=q1*L12 /2=24000*0.55*0.55/2=3630 (N·m)

肋[12的抗弯截面系数：W=57.7 (cm3)

肋[12所受的最大弯曲应力为:σmax=Mmax/W=3630/57.7=63 (MPa）<[σ]

肋[12悬臂变形量为:

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

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

肋[12跨中变形：

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

∴竖向小肋[12强度及刚度满足要求

③桁架计算

组合应力为112.5MPa∠[σ]，强度及刚度满足要求，见图2所示。变形1mm，满足设计要求，见图3所示。

图6 竖向小肋[12受力分析示意图1

图7 竖向小肋[12受力分析示意图2

④支撑工字钢强度计算

图8

单根25b工字钢受力图例分析见下图。

图9

变形0.25mm满足要求，见下图。

图10

最大垂直反力32吨，满足要求，见下图。

图11

组合应力为31.4MPa，满足要求。

四、加工制作要求

为了施工便捷及浇灌混凝土后外表平整美观，加工中要求以下几点：

合理布局模板面板，采用宽度1500mm标准面板，且保证面板及模板接缝在同一水平面[3]。

所有面板采用机加工刨边，保证对接平整一致。

单块模板面板使用面不允许有焊接打磨痕迹。

焊接量严格按照模板加工手册进行，不允许有漏焊。

单块模板矫正，并严格控制长宽尺寸，误差小于1mm。

整体拼装，校验合格。

五、结束语

此异型模板从设计制作到现场使用都非常成功圆满，最终得到了施工单位和监理的一致好评。

桥梁用模板应用的大众化刺激了模板市场竞争性，在传统的设计加工工艺中，优良产品的生产主要以加工的质量和异型模板的加工难度为竞争手段。不断革新模板的加工工艺，深入探讨模板的优良设计是目前模板制作的必要前提。只有以实践结合生产、以用户使用为生产目的才能更好的满足市场的需求。

[1]娄晓东，卢丹枫.城市高架-轨道交通一体化桥墩施工技术研究[J].工程建设与设计，2016（09）23-25.

[2]袁书强.高铁门式框架桥墩施工技术研究[J].交通世界，2017（23）45-46.

[3]杜阳阳.桥墩施工难点及关键性技术[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，山东寿光人，中铁十八局集团三公司，中级工程师。