浅谈U型槽定型钢模板施工技术

文／许子涵 江苏雷威建设工程有限公司 江苏南京 210003

引言：

杭州市萧山区钱江世纪城先锋河下穿沪昆铁路和杭深铁路、沪昆高铁立交工程涉铁段西起环路平交路口，东至五堡河闸，河道总长度约 458.29m。河道自西向东依次下穿杭深铁路、沪昆高铁、沪昆铁路南引桥桥孔、规划杭甬调整抬升工程桥孔。先锋河沿线采用U 型槽结构，总长度为458.290m。U 型槽侧墙模板采用定型钢模板施工。

定型钢模板配置高度5m,根据最大流水段划分模板配2.3m＊26=59.8m,模板总高度5m，由4.5m+0.5m 组合而成，上下层可通用。面板采用5.75mm 厚钢板，竖肋为8 号槽钢，横肋采用双10 号槽钢；竖肋水平间距为254mm,第一道横背楞距模板下端300mm，其余间距约为1000mm。采用M16 螺栓来连接两块模板，使模板确保整体性，受力合理、可靠。

1、钢模板单侧支架的组成

单侧支架分为埋件系统、架体两部分，其中埋件系统部分包括：U 型环、圆钢插销、外连杆、碟形螺母、垫片和压梁，见图1所示。

图1 钢模板支架立面图

在现场自备钢管、扣件，将几榀架体连成整体见图1，使架体合理受力；单侧支架则为三角形支架，利用其直角平面抵制模板，用槽钢和连接件制作而成。模板用于承受混凝土浇筑时的侧压力，而且三角形架体平面压制模板，使其承受向后推力。埋件系统设置在架体下端直角部位，使架体固定不能后移，因此埋入底板混凝土45°角的埋件系统则是主要受力点。由此得出，埋件系统抵消了混凝土的侧压力以及模板的向上力。

2、竖梁、背楞验算

2.1 侧压力的计算

侧压力是由混凝土施加在模板上的，混凝土浇筑越高，侧压力越大，当浇筑的高度到达某一临界值，侧压力保持不变，这时侧压力就是混凝土浇筑的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压力。通过理论结合实践，可按下列公式计算，并取其最小值：

取其中较小值，F=44.58N/m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生的水平载荷标准值4 kN/m2，分别取荷载分项系数1.2 和1.4，则作用于模板的总荷载设计值为：

q=44.58×1.2+4×1.4=59.1kN/m2

本次计算的总荷载设计值为59.1kN/m2

模板高度为5m，浇筑高度为5m，面板采用5.75mm钢板；竖向背楞采用8 号槽钢，水平背楞采用双10 号槽钢背楞。

2.2 竖楞验算

8 号槽钢作可作为支承在横向背楞上的连续梁计算，其跨距等于横向背楞的间距最大为L=1000mm。

F-混凝土的侧压力

l-槽钢之间的水平距离

E-弹性模量，钢材取2.1×105 N/mm2

fm-钢材抗弯强度设计值，Q235 取215 N/mm2

2.2.1 总体信息

1、自动计算梁自重，梁自重放大系数1.20

2、材性：Q235

弹性模量 E=206000 MPa

剪变模量 G=79000 MPa

质量密度 ρ=7850 kg/m3

线膨胀系数 α=12x10-6/℃

泊松比 ν=0.30

屈服强度 fy=235 MPa

抗拉、压、弯强度设计值 f=215 MPa

抗剪强度设计值 fv=125 MPa

3、截面参数：普槽8

截面上下对称

截面面积 A=1024 mm2

自重 W=0.079 kN/m

面积矩 S=14944 mm3

抗弯惯性矩 I=1013000 mm4

抗弯模量 W=25325 mm3

塑性发展系数 γ=1.05

2.2.2 荷载信息

1、恒荷载

(1)、均布荷载，15.00kN/m，荷载分布：满布

图2 荷载分布图

2.2.3 内力、挠度计算

图3 弯矩图（kN.m）

图4 剪力图（kN）

图5 挠度图（mm）

图6 支座反力图（kN）

2.2.4 单元验算

图中数值自上而下分别表示：

最大剪应力与设计强度比值

最大正应力与设计强度比值

最大稳定应力与设计比值

若有局稳字样，表示局部稳定不满足

(1)、内力范围、最大挠度

(a)、内力范围：弯矩设计值 0.00～1.89 kN.m

剪力设计值 -7.55～-0.00 kN

(b)、最大挠度：最大挠度1.32mm，最大挠跨比1/758

（挠度允许值见《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)附录A.1）

(2)、强度应力

最大剪应力 τ=Vmax＊S/I/tw

=7.55＊14944/1013000/5.0＊1000

=22.3 MPa≤fv=125 MPa 满足!

最大正应力 σ=Mmax/γ/W

=1.89/1.05/25325＊1e6

=71.0 MPa≤f=215 MPa 满足!

(3)、稳定应力

整体稳定系数φb=0.80

最大压应力 σ=Mmax/φb/W

=1.89/0.80/25325＊1e6

=93.1 MPa≤f=215 MPa 满足

连续梁验算结论：满足

2.3 槽钢背楞验算

槽钢背楞为双10 号槽，背对背间距为50mm，作为主背楞支承在单侧支架上，可作为支承在支架上的连续梁计算，其跨距等于单侧支架的间距最大为L=750mm。

E-弹性模量，钢材取2.1×105 N/mm2

fm-钢材抗弯强度设计值，Q235 取215 N/mm2

2.3.1 总体信息

1、自动计算梁自重，梁自重放大系数1.20

2、材性：Q235

弹性模量 E=206000 MPa

剪变模量 G=79000 MPa

质量密度 ρ=7850 kg/m3

线膨胀系数 α=12x10-6/℃

泊松比 ν=0.30

屈服强度 fy=235 MPa

抗拉、压、弯强度设计值 f=215 MPa

抗剪强度设计值 fv=125 MPa

3、截面参数：双[10#

截面上下不对称

截面面积 A=2161 mm2

自重 W=0.166 kN/m

面积矩 S=38903 mm3

抗弯惯性矩 I=3279600 mm4

抗弯模量 W=65592(上边缘)/65592(下边缘)mm3

塑性发展系数 γ=1.05(上边缘)/1.05(下边缘)

2.3.2 荷载信息

1、恒荷载

(1)、均布荷载，59.10kN/m，荷载分布：满布

图7 荷载分布图

2.3.3 内力、挠度计算

1、弯矩图（kN.m）

图8 弯矩图（kN.m）

图9 剪力图（kN）

图10 挠度（mm）

图11 支座反力（kN）

2.3.4 单元验算

图中数值自上而下分别表示：

最大剪应力与设计强度比值

最大正应力与设计强度比值

最大稳定应力与设计比值

若有局稳字样，表示局部稳定不满足

(1)、内力范围、最大挠度

(a)、内力范围：弯矩设计值 0.00～4.17 kN.m

剪力设计值 -22.24～-0.00 kN

(b)、最大挠度：最大挠度0.51mm，最大挠跨比1/1482

(2)、强度应力

最大剪应力 τ=Vmax＊S/I/tw

=22.24＊38903/3279600/6.0＊1000

=44.0 MPa≤fv=125 MPa 满足!

上边缘最大正应力 σ 上=Mmax/γ 上/W 上

=4.17/1.05/65592＊1e6

=60.5 MPa≤f=215 MPa 满足!

下边缘最大正应力 σ 下=Mmax/γ 下/W 下

=4.17/1.05/65592＊1e6

=60.5 MPa≤f=215 MPa 满足!

(3)、稳定应力

整体稳定系数φb=0.80

最大压应力 σ=Mmax/φb/W

=4.17/0.80/65592＊1e6

=79.5 MPa≤f=215 MPa 满足

连续梁验算结论：满足

3、单侧支架计算书

3.1 支架受力计算

分析支架受力情况：单侧支架主要承受混凝土侧压力，取混凝土最大浇筑高度5m，侧压力取为有效压头

单侧支架按间距750 mm 布置，q=59.1×0.75=44.32kN/m

分析支架受力情况：按q=44.32kN/m 计算

用MIDAS 对单侧支架进行受力分析：

图12 受力模型

图13 组合应力分析

组合应力σMAX=107MPa ＜215Mpa 满足要求

图14 组合剪力分析

组合剪力τmax63.4Mpa ＜100Mpa 满足要求

变形状态δmax=2.92mm ＜5200/500=10mm

图15 变形状态分析

3.2 支架埋件的验算

埋件反力为

图16 支座反力分析

支点1：Rx=171.3kN,Rz=134.5kN

支点2：Rx=0N,Rz=138.8kN

（F 总）2=（Rx）2+（Rz）2=171.32+134.52

F 总=217.8KN

与地面角度为：α=45°

共有750/300（若使用强度较高埋件可放大间距）个埋件。

其中单个埋件最大拉力为：F=217.8×(300/750)=87KN满足要求。

3.3 埋件强度验算

预埋件为HRB400 螺纹钢d=25mm，埋件最小有效截面积为：A=3.14×12.52=490mm2

轴心受拉应力强度：σ=F/A=158×103/490

=177.8MPa

3.4 埋件锚固强度验算

U 型环锚固强度的计算，只考虑埋入砼的螺栓表面与砼的粘结力，不考虑螺栓端部的弯钩在砼基础内的锚固作用。

锚固强度：F 锚=πdhτb=3.14×25×600×3.5

=164kN>F=87.1KN。符合要求。

4、钢模板安装施工

4.1 预埋部分安装

(1)U 型环地高出砼墙面50cm。各埋件杆距离为300mm，设置在各端头的起点与终点。

(2)埋件系统及架体示意图见上图，埋件与地面成45°角，现场埋件预埋时要保证埋件在同一条直线上，同时埋件角度必须按45°预埋。

(3)U 型环在预埋前，将螺纹用塑料包裹并绑牢，以免施工时砼黏附在丝扣上，影响下一步施工时螺母的连接。

(4)由于U 型环不能直接与结构主筋点焊，为保证砼浇筑时埋件不偏位或偏移，要求在相应部位增加附加钢筋，U 型环点焊在附加钢筋上，点焊时注意不要损坏埋件的有效直径。

4.2 模板及单侧支架安装

(1)单侧支架间距约为750mm。

(2)模板及支架安装流程：钢筋绑扎并验收→绘制外墙边线→拼装单元模板→连接各单元模板→吊装架体、连接好相邻架体，调节模板倾斜度→连接埋件系统→验收合格后进行混凝土浇筑

(3)合墙体模板时，预先弹好的墙边线，将模板下口与其对齐，并通过使用钢管背楞，将墙体模板临时支撑住。

(4)吊装单侧支架，应轻放轻起，堆放多榀支架时，应在平整场地上相互叠放整齐，避免堆压变形。

(5)在材料场预先将由标准节和加高节组装的单侧支架拼装完毕，用塔吊整体吊至现场。

(6)在直面墙体段，每安装3 至4 榀单侧支架后，穿插埋件系统的压梁槽钢。

(7)安装架体完毕后，埋件系统进行安装。

(8)用主背楞连接件将单侧支架部分与模板背楞连接成整体。

(9)对单侧支架后支座进行调节，因单侧支架受力后，模板将略向后倾斜，所以模板面板上口向墙内侧倾斜约5mm。

结语：

通过对该项目采用定型组合钢模板受力分析验算，更加清晰的反应各个结构受力情况，为现场施工提供了可靠的数据。有利于施工过程的安全控制，同时可在现场直接组装，也可预拼装成大块模板或构件模板，更为方便实用； 灵活组装，适用于多种施工项目；便于安拆，能够多次周转，每套钢模可重复使用多次；模板尺寸精度高，成型后的混凝土规格准确，外形美观，质量优质，在施工中具有推广价值。