高桥墩无支架翻转模板设计及计算

程吉飞

(中铁十六局集团第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)



高桥墩无支架翻转模板设计及计算

程吉飞

(中铁十六局集团第三工程有限公司, 浙江湖州 313000)

文章结合惠兴高速公路第八合同段老鹰岩大桥的工程实例，介绍了高桥墩无支架翻模施工的基本原理、模板结构形式以及工作平台的布置，仔细的分析了施工过程中模板的侧压力，并对构成模板的各个构件进行了受力检算，希望能在类似的工程中给予借鉴。

翻转模板； 基本原理； 侧压力分析； 计算

1 工程概况

老鹰岩大桥是惠兴高速公路第八合同段重点工程之一。该桥全长680 m。上部构造为先简支后结构连续预应力T梁桥，下部采用桩柱式桥墩，桥台为重力式U形台。其中8#、9#、10#、11#、12#为大体积实心矩形墩，截面尺寸2.1 m(顺桥向)×5.4 m(横桥向)，最高桥墩38.96 m，地处较为陡峭的山坡上。

2 翻转模板施工的基本原理

利用已经达到一定强度的混凝土墩体为支承主体，通过以完成混凝土浇筑的模板来支承上层模板及平台，从而完成钢筋绑扎、模板就位及混凝土的浇筑。实施作业时，模板翻升、绑扎钢筋、灌注混凝土等工作循环进行，直到墩顶施工完为止。

3 模板设计

每套模板由3节等高模板组成, 每节模板高2.4 m，由侧模、对拉螺栓、工作平台等组成，每次浇筑墩身高度4.8 m。

面板采用厚度为5.5 mm的Q235钢板制作,平整度应小于2 mm，面板外侧边框采用∠8角钢，角钢上设置螺栓孔，相邻模板及上下层模板用螺栓进行法兰式连接。模板外设置竖向背楞，采用[8槽钢,间距为30 cm。竖向背楞的外侧设置横向背楞，2块[12.6槽钢组成，上下间距为120 cm，横向背楞直接焊在竖向背楞上。M22对拉螺栓顺桥向水平间距为135 cm，竖向间距为120 cm，横桥向在模板中间及平行于横桥向的外侧各布置一道对拉螺栓， 对拉螺杆用PVC管包裹,以便于重复利用，如图1所示。

图1 模板结构

工作平台由三角形桁架、护栏及安全网组成。角钢加工的三角形桁架与模板竖向背楞焊接牢固,按1.2 m间距布置。三角桁架间用钢筋焊接连成整体，其上铺设5 cm厚竹条板形成工作平台。竹条板与桁架水平杆用铁丝连接固定以确保安全。三角形桁架上水平杆长度为90 cm，以保证有足够工作空间。工作平台外采用φ20螺纹钢设置护栏，高度100 cm，在护拦的周围悬挂安全兜网，确保工人作业安全，如图2所示。

图2 工作平台示意

4 模板结构受力计算

4.1 模板侧压力分析

混凝土作用于模板的侧压力，一般随着混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到临界值时，侧压力不在增加，此时的侧压力即为新浇混凝土的最大侧压力。采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力可按照以下计算并取其中的最小值：F=0.22γct0β1β2v1/2=32.2 kN/m2，F=γcH=120 kN/m2，故最大侧压力为Fm=32.2 kN/m2，则有效压力高度为h=F/γc=1.28 m。

式中：F为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力(kN/m2)；γc为混凝土的重力密度(kN/m3)，取25 kN/m3；t0为新浇混凝土的初凝时间(h),可按实测确定，本工程取3 h(试验室提供)；v为混凝土的浇灌速度(m/h)，取2 m/h；β1为外加剂影响修正系数，掺外加剂时取1.2；β2为混凝土塌落度影响系数，110～150 mm时，取1.15；H为混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的高程(m)，取4.8 m，其受力见图3所示。

图3 混凝土侧压力计算分布图形

4.2 面板计算

取10 mm宽面板条作为计算单元。偏于安全考虑，不考虑竖肋板对面板的加强作用，将面板受力状况简化为以竖向槽钢为支点的三跨连续梁，跨径0.3 m，q=0.322 kN/m。查《路桥施工计算手册》附表2-9可知：面板最大弯矩Mmax=Km×q×l2=0.1×0.322×0.32=0.0029 kN·m,截面系数W=bh2/6=50.4 mm3,剪力Q=K×q×l=0.606×0.322×0.3=0.0585 kN。

弯曲应力σmax=Mmax/W=57.5 MPa<[σ]=170 MPa，满足要求。

剪应力τmax=1.5×FS/A=1.4 MPa<[τ]=100 MPa，满足要求。

挠度计算f=0.677×ql4/(100EI)=0.6 mm<1.5 mm，满足要求。

4.3 竖向背楞计算

4.4 横向背楞计算

横向背楞为双拼[12.6槽钢，间距1.2 m，则作用在上面的均布荷载q=38.6 kN/m。横桥向对拉螺栓间距1.35 m，纵桥向在模板中间安装一排对拉螺栓。以对拉螺栓为支点，可以将背楞受力简化为0.675 m(悬臂)+1.35 m+0.675 m(悬臂)简支梁结构(横桥向)和1.05 m+1.05 m连续梁结构(顺桥向)。具体受力分为两种情况，采用Midas Civil软件进行计算。

4.4.1 横桥向横向背楞计算

受力模型如图4所示。

图4 横向背楞受力模型

弯曲应力σ=72.05 MPa<[σ]=170 MPa(图5)，满足要求。

图5 横向背楞弯曲应力

剪切应力τmax=22.1 MPa<[τ]=100 MPa(图6)，满足要求。

图6 横向背楞剪切应力

挠度fmax=1.5 mm<3 mm (图7)，查《路桥计算手册》178页，满足要求。

图7 横向背楞位移

4.4.2 纵桥向横向背楞计算

受力模型如图8所示。

图8 纵桥向横向背楞受力模型

经Midas Civil软件计算得到：弯曲应力σ=41.8 MPa， 剪切应力τmax=21.3MPa，fmax=0.2mm<3mm。查《路桥计算手册》178页，均满足要求。

4.5 对拉螺栓检算

模板对拉螺栓用于连接两侧模板，承受混凝土侧压力产生的荷载，使模板有足够的强度和刚度，采用直径为22 mm的Q235圆钢制作，截面面积A=380 mm2，承压面积1.35×1.2=1.62 m2。

σ=F/A=137 MPa，其中：F=32.2×1.62=52.2 kN满足要求。

5 结束语

传统的落地支架法需要在墩身周边搭设脚手架，需要大量钢管，每一段施工都要花费时间去搭设脚手架。支架的自身重量较大，墩身周边的地基承载力很难满足支架自身重量，基础需要进行处理。

实践证明翻转模板施工安全可靠，既减少了大量用于辅助施工的材料，又节省了成本。同时合理的利用塔吊实现了垂直运输，降低了劳动强度，提高了劳动效率。

[1] 江正荣，朱国梁.简明施工计算手册[M]. 第3版.北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] 周水兴，何兆益， 邹毅松. 路桥施工计算手册(精)[M]. 北京：人民交通出版社，2007.

[3] 杨文渊. 桥梁施工工程师手册[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

程吉飞(1983～)，男，工程师，从事桥梁工程施工技术工作。

TU755.2+2

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[定稿日期]2016-05-29