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浅析铁路薄壁空心墩模板设计及应用

2017-06-19李健

中国新技术新产品 2017年11期
关键词:校核模板设计

李健

摘 要:铁路桥梁高墩施工具有一定的复杂性和特殊性,尤其是在工期较紧的情况下,在保证施工质量和安全性的基础上,还需要加强工程成本控制,这就要求对施工模板采用什么材质提出了高的要求。本文以张台地方铁路峪口河一号大桥中的3号薄壁空心高墩的模板设计为列对模板的设计及验算进行论述,以促进铁路桥梁工程的顺利开展。

关键词:薄壁空心墩;模板;校核;设计

中图分类号:U445 文献标识码:A

1.工程概况

峪口河1号大桥位于张台地方单线铁路上,为跨越G309公路、襄台公路及峪口河而设,本桥位于直线上,线路纵坡为15‰。本标段峪口河一号大桥起止里程为DK56+712.75~DK57+017.75,中心里程为DK56+861.5,全长305m。梁部结构为4-32m+1-24m+4-32m后张法预应力混凝土梁,本桥3号墩高53m,墩体采用薄壁空心设计。

2.施工方案的确定

高墩施工主要有滑模、爬模及翻模3种形式,经过分析本桥墩采用翻模进行施工。现场塔吊选择附着式塔吊,起吊高度60m,回转半径50m。塔吊基础采用方形钢筋混凝土基础,基底承载根据验算δ≥200kPa,现场实际施工时,地基承载力必须达到δ≥400kPa以上,且能满足抗倾覆要求。塔吊的安放如图1所示。塔吊由具有特种设备作业资质的专业队伍进行安装、操作及拆除,安装时严格遵守《大型起重机械的选型、安装和拆卸管理规定》和《起重设备安装工程施工及验收规范》GB50278-98的相关规定。安装完毕后,经地方安监部门检验合格并备案后,投入进行使用。

3.模板的设计

3.1 荷载计算

水平荷载统计:新浇混凝土对模板的水平侧压力标准值。

按照(JGJ74-2003)附录B,模板荷载及荷载效应组合B.0.2规定:

F=Min(F1,F2) F1=0.22γct0β1β2V1/2 F2=γcH

各工艺参数为:γc——取25kN/m3;t0——初凝时间为6h;V——浇筑速度为2.0m/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(m);取10m;β1——取1.2;β2——取1.15。

则砼侧压力标准值F为:F1=0.22×25×6×1.2×1.15× 21/2=65kN/m2 F2=25×10=250kN/m2

有效压头高度为:

在有效压头高度之外,模板强度验算时采用荷载设计值,安全系数取1.2,F×1.4=65×1.2=78kN/m2

在有效压头高度之外,模板刚度验算时采用荷载标准值,为F×1.0=65×1.0=65kN/m2

3.2 墩柱外模

3.2.1 墩柱外模面板计算

计算所用软件为《结构力学求解器》2.0版本。

取1mm为计算单元。Wx=6mm3 Ix=18mm4 Ax=6mm2

模板结构形式为:面板为6mm钢板,竖肋为10#槽钢,间距为300mm。

①强度校核

强度线荷载q=0.065×1.2=0.0724N/mm,面板计算简图见图2,面板弯矩图见图3。面板最大弯矩在第2单元为560.98N.mm:σ=M/w=560.98/6=93.5MPa<[σ]=215MPa,面板强度满足要求。

②刚度校核

刚度线荷载q=0.065×1=0.065N/mm,面板变形图见图4。面板最大变形处在3和10单元1/2处(跨距400mm):Vmax= 0.56m<[v]=400/400=1mm,因此模板刚度满足要求。

3.2.2 外模板竖向主肋校核

[10#槽钢参数:

Wx=39700mm3 Ix=1980000mm4 A=1270mm2

①强度校核

q=65kN/m2×0.3m×1.2=23.4kN/m,背楞从上向下间距依次为450mm、1100mm、450mm。模型图见图5,弯矩图见图6。

Mmax=1433250N·mm

σmax=Mmax/w=1433250/39700=36.1N/mm2

所以竖肋[10#强度满足要求。

②刚度校核

q=65kN/m2×0.4m=26N/mm,变形图见图7。竖肋[10#單元1、3端部最大变形为0.13mm:Vmax<[v]=350/500=0.7mm,单元2跨中最大变形为0.02mm:Vmax<[v]=800/500=1.6mm,因此刚度满足要求。

3.2.3 外模板背楞计算

2[16#槽钢参数:

Wx=108.3×2cm3 Ix=866.2×2cm4 A=21.95×2cm2

①强度校核

q=65×1.2×0.8=62.4kN/m2采用四根对拉,模型图见图8,弯矩图见图9。

Mmax=7987200N·mm

σmax=Mmax/w=7987200/(108.3×2×1000)=36.87 N/mm2

因此强度满足要求。

②挠度校核

q=65×0.8=52kN/m2,变形图见图10。

1单元端部最大变形为0.04mm:

[v]=400/1000=0.4mm Vmax=0.04mm<[v];

2单元跨中最大变形为0.14mm:

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.14mm<[v];

3单元跨中最大变形为0.06mm:

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.06mm<[v];

因此强度满足要求。

3.3 墩柱内模

3.3.1 内模面板计算

计算所用软件为《结构力学求解器》2.0版本。

取1mm为计算单元。Wx=6mm3 Ix=18mm4 Ax=6mm2

模板结构形式为:面板为6mm钢板,竖肋为8#槽钢,间距为300mm。

①强度校核

强度线荷载q=0.065×1.2=0.0724N/mm,面板计算简图见图11,面板弯矩圖见图12。面板最大弯矩在第2单元为560.98N·mm:σ=M/w=560.98/6=93.5MPa<[σ]=215MPa,因此面板强度满足要求。

②刚度校核

刚度线荷载q=0.065×1=0.065N/mm,面板变形图见图13。面板最大变形处在3和10单元1/2处(跨距300mm):Vmax= 0.48m<[v]=300/400=0.75mm,因此刚度满足要求。

3.3.2 内模板竖向主肋校核

[8#槽钢参数:Wx=25300mm3 Ix=1013000mm4 A=1270mm2

①强度校核

q=65kN/m2×0.4m×1.2=31.2kN/m

背楞从上向下间距依次为350mm、800mm、350mm。模型图见图14,弯矩图见图15。

Mmax=1433250N·mm

σmax=Mmax/w=2369250/23500=N/mm2

所以竖肋[8#强度满足要求。

②刚度校核

q=65kN/m2×0.4m=26N/mm,变形图见图16。

竖肋[8#单元1、3端部最大变形为0.27mm:

Vmax<[v]=350/500=0.7mm

单元2跨中最大变形为0.039mm:Vmax<[v]=800/500=1.6mm

因此刚度满足要求。

3.3.3 内模板背楞计算

2[12#槽钢参数:

Wx=57.7×2cm3 Ix=346×2cm4 A=15.35×2cm2。

①强度校核

q=65×1.2×0.8=62.4kN/m2采用4根对拉,模型图见图17,弯矩图见图18。

Mmax=7987200N·mm

σmax=Mmax/w=7987200/(57.7×2×1000)=69.21N/mm2

因此强度满足要求。

②挠度校核

q=65×0.8=52kN/m2,变形图见图19。

1单元端部最大变形为0.06mm:

[v]=400/1000=0.4mm Vmax=0.06mm<[v];

2单元跨中最大变形为0.32mm:

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.32mm<[v];

3单元跨中最大变形为0.15mm:

[v]=1200/1000=1.2mm Vmax=0.15mm<[v];

因此扰度满足要求。

4.模板的施工

钢筋安装完成后,进行模板的拆除、支立和提升,模板安装采用塔吊及人工配合吊装模板,吊装时先吊外模,再吊内模。模板吊装时先拼装墩身一个面的外模,然后逐次将整个墩身的第一节外模板组拼完毕。外模板安装后吊装内模板;然后上拉筋。每节模板安装时,可在两节模板间的缝隙间塞填薄钢板纠偏。模板提升到位后对内、外模板进行整体校正。支立模板前模板先进行打磨除锈,然后用棉纱多次擦光。模板间用高强螺栓连接,并拉设Φ22拉模钢筋,拉模钢筋两侧用螺帽加垫圈紧固。模板接缝处填塞双面胶带,内侧用高强腻子堵缝,杜绝漏浆。模板安装完后对模板进行检查,首先检查模板的接缝及错台,模板的接缝控制在1mm以内,模板的错台控制在2mm以内;用钢尺检查模板的几何尺寸,拉线检查模板的顺直度,水准仪检查模板顶面高程,然后用全站仪测量墩顶模板位置。严格控制轴线偏位在5mm以内。如果有不合格的情况,用手拉葫芦和千斤顶进行调整。拆除的模板清除掉板面上的混凝土、涂刷脱模剂进行下道工序。

结语

混凝土工程施工中,模板质量关系到质量、安全、工程进度和经济效益。在工程施工中模板设计必须满足要求,确保工程安全和质量;加强模板的管理,让模板发挥更好的经济效果。

参考文献

[1]王正艳.薄壁空心墩模板设计及施工示例[J].科技信息,2010(21):458-460.

[2]盛国军.超高模板及支撑设计[J].山西建筑,2007(10):201-202.

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