简述预制I型梁桥面板模板设计与验算

郑术锋

中国电建市政建设集团有限公司 天津 300384

引言

中国预制梁以T梁、箱梁和空心板较为常见，对应的桥面板相对较薄，桥面板模板以“吊模法”施工居多，一般不进行模板受力验算，巴基斯坦预制梁较多采用I型梁，其特点高宽比大、翼缘板宽度小，造成两榀预制梁横向净距大，不易桥面板模板施工，且桥面板较厚，“吊模法”不适用，为便于桥面板横坡的调整和桥面板的整体性，本文建立以预制梁马蹄处为支点、钢管支架为核心的“井”字形模板体系，并对其强度、刚度和稳定性进行验算，并在实际工程中予以应用。

1 上部结构形式

上部结构采用简支预应力I型梁，全幅共12榀预制梁，预制I型梁包括多种跨径，桥面板均为225mm的钢筋混凝土，相邻预制梁净距1.55～1.85m，其中以20m预制梁横向净距最大，本文以20m跨径I型梁桥面板为例进行模板设计与验算。

2 模板设计

2.1 中梁中间桥面板模板

对于预制梁中间桥面板部分，模板体系布置在两片梁之间，模板体系由上下两排纵、横向支架、立杆、顶托、方木等组成（详见图1）。纵、横向支架形成“井”字形结构，其交点布置立杆，纵、横向支架均通过Φ48×3.5mm钢管连接，上下两排纵向水平杆间距均为0.6m，上下两排保证在同一直线上，其长度宜为2.3m～2.5m，立杆高度宜为2.6m，以便于与其他预制梁通用。横向底排水平杆距离预制梁马蹄边缘宜为0.3m，上下两排保证在同一直线上，立杆步距为0.9m（25m、30m、40m预制梁步距为1.2m），立杆顶部设置顶托，在顶托上纵向布置木方，间距0.6m，横向设置方木，间距0.2m，最后在方木上布置1.5cm厚竹胶板。为保证模板体系的稳定性，宜在横向支架外侧布置斜撑，与横向水平杆一起支撑桥面板，间距为1.2m。

图1 中梁中间桥面板模板示意图（单位：mm）

2.2 中梁端部桥面板模板

对于预制梁端部桥面板部分，端部立杆支撑在桥台或盖梁上，端部变截面处纵向水平杆长度采用方木和顶托灵活调整，其他与中梁中间桥面板模板相同。

2.3 外边梁桥面板模板

对于桥梁两侧悬挑桥面板部分，底排纵向水平杆与邻近立杆进行连接，长度宜为5m，间距同临近立杆，悬挑桥面板部分的横向底排内侧水平杆距离预制梁马蹄边缘宜为0.3m，横向内外侧水平杆间距为0.5m，上下两排在同一直线上，纵横向交点设置立杆，立杆步距为0.9m（25m、30m、40m预制梁步距为1.2m），立杆顶部设置顶托，在顶托上纵向布置木方，间距0.6m，横向设置方木，间距0.2m，最后在方木上布置1.5cm厚竹胶板。为保证模板体系的稳定性，采用花篮螺栓和钢筋一端与外侧横向水平杆连接，另一端与预制梁预埋至桥面板的钢筋焊接；花篮螺栓间距为1.2m，同时在横向支架外侧布置斜撑，与横向钢管一起支撑悬挑桥面板，斜撑间距为0.6m。

3 模板验算

桥面板模板荷载主要为钢筋混凝土自重，不同跨径I型梁其上部结构是一样的，可以认为荷载是等值的，而不同跨径预制梁净距不同。其中20米梁为1.85m，为最大净距，即最不利荷载20米预制梁进行验算。

3.1 荷载分类及组合

静载：静载主要为梁段混凝土和钢筋自重，以及模板支架自重，活载：施工荷载，不考虑风荷载影响。

根据路桥施工计算手册要求[1]，在梁段自重上增加的荷载有：砼单位体积的重量26KN/m3，倾倒砼产生的荷载4.0KN/m2，振捣砼产生的荷载2.0KN/m2，模板和支架产生的荷载2.0KN/m2，施工人员及施工机具运输或堆放荷载2.5KN/m2。按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》[2]5.1.2荷载分项系数取值：钢筋砼自重1.2、模板及支架自重1.2，其他荷载取1.4。20米半幅一跨桥面板钢筋20t，混凝土72m3，假定重量全部均匀分布在支架模板上，梁长按20m计算，宽度1.85米，则模板单位面积荷载为(72m3×26kN/m)/20m/1.85m/5=10.12kN/m2，面积对应纵向每延米重量为10.12/1.85=5.47kN/m。

3.2 支架设计与验算

支架间距初步设计

根据路桥施工计算手册，桥面板处每平方米所需要的立杆数：1.2q1/[N]=1.2×10.12/30=0.40，取安全系数为1.3，则为0.53。初定桥面板纵横间距为：1.5×1.5=2.25m2>1/0.53=1.89m2不满足要求。

3.3 支架计算分析及验算

桥面板A处，纵向每延米上部结构的静载+活载为：

Q1=1.2×10.12+1.4×（2.5+2+4+2）=26.84kN/m2

模板支架顶部荷载通过顶托传递给立杆。立杆的纵向间距为1.5m，横向间距为1.5m，立杆承受的荷载有：N=1.5×1.5×26.84=60.399>[N]=30kN 不满足承重要求，故横向间距调整为1.25m（取中间间距最大值），纵向间距为0.6m，N=0.6×1.25×26.84=20.13<[N]=30kN，满足要求。

[N]=30kN是依据《建筑施工脚手架实用手册》[3]，步距为1.2m 时，立杆允许荷载Pmax=30kN/根。

（1）梁体纵横向方木的强度和刚度验算

由前述可知纵向采用10cm×10cm的方木，纵向间距为60cm，横向采用的方木为10cm×10cm，横向间距为20cm。

1）梁体纵向方木的强度验算

支架采用10cm×10cm方木，方木间距按0.6m布置，荷载的取值：桥面板荷载取值26.84kN/m2，梁面荷载：q＝26.84×0.6＝16.10kN/m。

①跨度的取值l＝0.6m，跨数的取值n＝1

②计算最大弯矩及剪力值：Mmax＝1/8×ql2＝0.72KN.m，Qmax＝1/2×ql＝4.83kN

③正应力及剪应力验算

W＝1/6bh2＝166.67cm3，b＝10 cm，h＝10cm，σmax＝Mmax÷W＝4.32Mpa＜[σ]＝15.0Mpa(木材的容许弯拉强度值)，方木正应力满足要求。

τ＝QmaxS/(Ib)，其中 S＝1/8bh＝125cm3， I＝1/12bh3=833.33cm4，b、h值同上，τ＝0.72Mpa＜[τ]＝2.0Mpa(木材的容许剪应力值)，梁体方木的剪应力满足要求。

2）梁体纵向方木的刚度验算

fmax＝5ql4/(384EI)=0.097mm

其中弹性模量E＝10×109pa，I＝2.81×10-5m4，q＝16.10kN/m，l＝0.6m，梁体纵向木方的刚度满足要求。

3）梁体横向方木的强度验算

支架采用10cm×10cm方木，其间距按0.2m布置

①荷载的取值：桥面板荷载取值26.84kN/m2，梁面荷载：q＝26.84×0.2＝5.37kN/m

②跨度的取值l＝0.2m，跨数的取值n＝1

③计算最大弯矩及剪力值； Mmax＝1/8×ql2＝0.03kN.m，Qmax＝1/2×ql＝0.54kN

④正应力及剪应力验算

W＝1/6bh2＝166.67cm3，b、h值同上，σmax＝0.18Mpa＜[σ]＝15.0Mpa(木材的容许弯拉强度值)， 方木正应力满足要求。

τ＝QmaxS/(Ib)，其中S、I 、b、h值同上，τ＝0.81Mpa＜[τ]＝2.0Mpa(木材的容许剪应力值)，梁体横向方木的剪应力满足要求。

4）梁体横向方木的刚度验算

fmax＝5ql4/(3 8 4 E I)=0.0039 mm

（2）立杆的稳定性验算

扣件式钢管截面特性依据《路桥施工计算手册》[1]支架计算表13-4取值，根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》[2]单根立杆的稳定性按N≤φA f计算。立杆长细比λ=（kµh/i）=(1.155×1.05×1200）/15.78=92.22，查本规范附录A表A.0.6值得φ=0.648

N/(A×φ)≤f，N取以上最不利值20.13kN，20.13×1000/(489×0.648)=63.53Mpa<205Mpa，满足要求。

5 施工过程说明

桥面板模板施工应在横隔板施工完成后进行，在模板体系施工完成后，分别在墩台变截面处、跨中、L/4跨的支架立杆的底板、顶部设置观测点，观测高程的变化，观测时间为混凝土浇筑完毕时间、混凝土养护7天和28天时间，经过对观测数据的审核、分析对比，高程变化值在5mm以内，满足规范和预期要求。桥面板混凝土强度达到设计强度之后，再进行模板拆除，对于外侧防撞护栏，宜在桥面板混凝土达到设计强度之后，再进行施工。

6 结束语

本文以巴基斯坦PKM公路项目为依托，建立桥面板“井”字形模板体系，并进行了设计与验算，得出以下结论：一是桥面板“井”字形模板体系适用于桥面板较厚、桥面系荷载大的上部结构，该方法结构安全、浇筑整体性好。二是桥面板“井”字形模板体系受力明确、简单，取材方便，工作面多，在施工工期、技术经济性上都有较大的优势。三是桥面板“井”字形模板体系技术要点在于按设计的体系进行搭设，在浇筑混凝土过程中和养护期加强对模板体系的监控量测。