高墩滑模模板设计及计算

李斌 胡文柱 马捷

摘 要：文章以某高墩施工为背景，对高墩柱桥梁矩形墩滑模的结构设计及荷载计算做介绍，旨在总结滑模计算过程，确保技术安全，也为同类型高墩滑模施工提供参考依据。

关键词：桥梁；高墩；滑模；结构设计；验算

中图分类号：U445.39 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）20-0167-02

1 工程概述

某大桥为连续刚构桥，主墩截面为矩形突变式，8.5 m× 7 m+7.5 m×7 m，标准段截面面积分别为45 m2、41 m2，最大墩高101 m，墩身混凝土标号为C40，墩顶封顶混凝土标号为C55。

2 施工工艺选择

为满足施工要求，同时对矩形墩混凝土外观质量控制难点进行攻关，通过比选，采用滑模施工工艺最为合理。

3 滑模系统结构简介

3.1 模板系统

①模板采用定型组合钢模板，桁架与模板的连接采用L50×5角钢焊接。

②模板采用厚6 mm的钢板冷压成型，纵肋采用[8槽钢；横边肋用L80×80×8角钢；纵边肋采用L80×80×8角钢，模板的高度为1.25 m。当施工结构面为直线段时，可将模板的长度加大，以节约组装和拆卸用工。

③阴阳角处采用同样材料制成的角模，角模的上下口倾斜应与整体模板相同。阴阳角处可做成小圆弧形。

3.2 支撑系统

①围圈。围圈在转角处应设计成刚性节点，围圈接头采用等刚度的型钢连接，连接可采用焊接，螺栓连接每边2个。在使用荷载作用下，相邻提升架之间围圈的垂直与水平方向的变形不应大于跨度的1/500。围圈放置在提升架立柱的围圈支托上，用U形螺栓固定。当提升架之间的布置距离较大时（大于3 m）或操作平台的桁架直接支承在围圈上时，可在上下围圈之间加设腹杆，形成平面桁架，以提高承受竖向荷载的能力。

根据经验及水平测压力计算，桁架采用矩形桁架梁（截面尺寸100×100 cm），桁架梁主筋采用L90×10角钢，主肋采用L63×6角钢，斜肋均采用L50×5角钢。桁架与模板的连接采用L50×5角钢焊接。

②F型提升架。矩形墩施工采用F形提升架，按双千斤顶提升架进行设计。双千斤顶提升架沿横梁布置，其提升架的立柱采用型钢制成一定截面尺寸的桁架梁。

提升架通过安装在其横梁上的千斤顶支撑在爬杆上，整个滑升荷载通过提升架传递给爬杆。爬杆采用Φ48×3.5 mm焊管。根据施工经验和常规设计，采用F型，“F”型提升架主梁采用[22ba 槽钢高162.5 cm，千斤顶底座为20 mm钢板，加筋板为 10 mm钢板。

③支撑杆。支承杆采用Φ48 mm×3.5 mm钢管，接头采用焊接方法连接，每次接长后进行支撑杆的垂直度检查，先加工一段长度为200 mm的Φ38 mm×3 mm钢管衬管，并在支承杆两端各钻3个Φ4小孔，当千斤顶上部的支承杆还有400 mm时，将衬管插进支承杆内1/2，通过3个小孔点焊后，表面磨平。

3.3 液压操作系统

3.3.1 液压控制台

液压系统安装完毕，应进行试运转，首先进行充油排气，然后加压至12 MPa，每次持压5 min，重复3次，各密封处无渗漏，进行全面检查，待各部分工作正常后，再插入支承杆。

3.3.2 液压千斤顶

液压系统由YKt-36型液压控制台、HM-100型液压千斤顶、油管及其他附件组成。

3.4 操作平台及防护系统

工作盘面采用δ50 mm木板铺平，四周安装10 cm高踢脚板，外设φ48×3 mm钢管防护栏杆挂设安全网，护栏立杆与平台采用焊接连接，护栏横杆与立杆采用十字扣连接，且护栏高度不低于1.2 m。辅助平台安装在工作盘下方，用L50×5角钢组成，盘面用δ50 mm木板铺密实，焊接于围圈和提升架下。吊杆采用Φ18钢筋，与盘面底L50×5角采用焊接连接，辅助盘盘面宽度一般为700 mm。为了保证安全，其外侧设φ12 mm钢筋防护栏杆挂设安全网，护栏立杆与平台采用焊接连接，护栏横杆与吊杆采用铁丝绑扎连接，且护栏高度不低于1.2 m。

3.5 “门”型提升系统

实心矩形墩、一般空心薄壁墩使用“门”型架作为提升系统。 “门”型架采用Φ159×5 mm无缝钢管作为支撑柱，双拼[14 a槽钢作为横梁，顶部安装滑轮。 “门”型架与围圈长边中心焊接，立柱设置上下爬梯、作业平台。

4 滑模系统验算

4.1 空心薄壁墩8.5 m×7 m截面墩身滑模系统力学分析

滑模结构取最不利截面进行验算，以最大截面8.5 m×7 m空心薄壁墩截面进行验算。

4.1.1 施工荷载参数

①角钢L80×80×8单位重9.66 kg/m，槽钢[8单位重8.0 kg/m， 6 mm钢板容重7 850 kg/m3。

长边模板重： 831.981 kg；倒角模板重：73.25 kg；短边模板重：674.60 kg

钢模自重：q1=831.981×2+73.25×4+674.60×2=3 306.16 kg；

②桁架采用矩形桁架梁（截面尺寸100×100 cm），桁架梁主肋采用L90×10角钢，横、竖肋采用L63×6角钢，斜肋均采用L50×5角钢。桁架自重：q2=4.1 t（由迈达斯模型中提取）。

③滑升系统自重：q3=1.704 t（根据现场千斤顶、液压控制系统取值）；

④木材容重取800 kg/m3，平台采用模板铺设面积为=38 m2；

5 cm厚木板荷载：q4==0.4 kN/m2；总荷载为：G4=38×0.4÷10=1.52 t；

⑤施工人员荷载及小型机具：

设计围圈时，q5=1.5 kN/m2；施工平台为=31 m2，总荷载为：G5=4.65 t；

⑥墩身钢筋总重571.8 t，墩身高度为101 m，每延米钢筋重5.6 t/m，每次主筋安装高度为4.5 m，钢筋上料分两次进行。临时材料堆积荷载q6=2.03 kN/m2；施工平台为=31 m2，总荷载为：G6=31×2.03÷10=6.29 t；

⑦平台采用护栏围挡周长度为==48 m，护栏立杆每1.2 m设置一道，护栏总荷载：G7=0.48 t；护栏荷载：q7=0.0 825 kN/m；

⑧钢筋φ18单位重2k g/m，5 cm木板单位重800 kg/m3，平台底盘结构采用角钢L75×75×8 mm单位重9.03 kg/m，辅助平台护栏采用钢筋φ12，单位重0.888 kg/m。

辅助平台结构自重=0.552 t；辅助平台木板重=1.22 t；辅助平台护栏重=0.146 t；辅助平台总荷载q8=1.918 t。

⑨混凝土振捣荷载：q9=2 kN/m2；混凝土冲击荷载：q10= 2 kN/m2；

⑩施工人员、小型机具及临时材料堆积荷载分项系数取1.4；滑升摩阻力分项系数1.4；

11 模板、桁架、木板荷载、辅助平台、护栏荷载及滑升系统自重荷载分项系数取1.2；

12 模板高度H：1.25 m；模板尺寸：8.5×7 m；

13 钢材：Q235；混凝土容重：25 kN/m3。

4.1.2 混凝土对模板侧压力荷载

模板所受荷载主要为新浇混凝土对它的侧压力、冲击力和滑升时混凝土对它的摩阻力，模板设计主要考虑前两项荷载。墩身截面面积为44.88 m2，计算时假定模板底部一定高度的混凝土，不再对模板产生侧压力，同时将上部侧压力变化曲线简化为直线变化的等效梯形分部，根据《路桥施工计算手册》，其有关尺寸按下式确定：

F—侧压力合力，kN/m；h'—等效梯形上底的高度，m；h—新浇混凝土侧压力作用高度（一般取0.65H，低温取0.70H），m；H—模板高度，1.25 m；P—混凝土侧压力计算最大值，kN/m2；？酌—混凝土容重，25 kN/m3。

4.1.3 滑升摩阻力

模板滑升时摩阻力主要包括模板与混凝土之间的粘接力和混凝土与钢模板的摩擦，根据《滑动模板工程技术规范》 （GB 50113-2005），新浇混凝土与钢模板的粘结力取0.5 kN/m2，混凝土与钢模板的摩擦系数取。

模板面积：A=1.25×8.5×2+7×1.25×2=38.75 m2；

滑升摩阻力：q11=1.4×2×38.75=108.5 kN。

4.2 滑模模板验算

计算滑模混凝土对模板侧压强度荷载组合：混凝土振捣荷载q9+混凝土侧压力F，计算滑模混凝土对模板侧压刚度荷载组合：

强度荷载组合：P=1.4F+1.4q9=1.4×6.19+1.4×2=11.466 kN/m2；

采用MIDAS建模并添加压力荷载P=11.466 kN/m2计算，模板与桁架连接处按简支梁进行约束边界条件，受力模型，如图1所示。

经MIDAS软件计算，其强度计算结果为：

板8#槽钢最大弯曲应力11.9 MPa，模板钢板最大弯曲应力29.6 MPa。σ=26.9 MPa<215 MPa，满足要求。

模板8#槽钢背楞剪应力最大剪应力6.8 MPa，模板钢板最大剪应力16.7 MPa。σ=16.7 MPa<145 MPa，满足要求。

计算滑模混凝土对模板侧压刚度荷载组合：P=F=8.66 kN/m2

模板8#槽钢背楞最大变形0.43 mm，f=0.43 mm<= 2 mm ，满足要求。

结论：由上述可知，钢模板的刚度满足施工要求。

参考文献：

[1] JB 50113-2005，滑动模工程技术规范[S].

[2] GB 50017-2003，钢结构设计规范[S].

[3] 周水兴，何兆益，邹毅松，等.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版 社，2001.