一种香蕉形可调曲率“柔性”桥梁模板体系及工艺

摘要:本文主要针对解决一种“香蕉”形混凝土桥梁、轨道梁的批量制作模板方案,该种梁型具有曲率半径较小并且为变曲率的特点。该方案采用以较小直线段逐段可调进而拟和成所要弧形曲线的“以直代曲”思路设计了一种“柔性”整体式模板体系及工艺。

关键词:香蕉形 变曲率 柔性 以直代曲 中间段 支座段 嵌模段 调节联系杆 搁栅 面板

一、引言

随着各类基础设施规划建设的发展,在高架道路桥梁、轨道梁制作等建设项目中,各类曲率半径较小成“香蕉形”,并且为变曲线的桥梁已大量应用于各类建设项目之中。该种形式的梁因无固定的线形规律,造成规格品种多,用固定单一的的模板体系无法同时满足多种规格梁的制作需要,给生产带来成本、进度、质量等方面的矛盾和难题。

如下图即为一种该类型的轨道梁,最小曲率半径达50米,并且为变曲线。

针对该种类型的梁的制作,传统的方法主要有:

1.散拆散装的模板体系:一般为木结构。这种方案材料消耗大、生产周期长、精度低,构件外观质量差。

2.定型整体式模板:一般为钢结构。针对不同曲线参数制作多套模板。这种方案生产周期长、模板通用性差,模板投入数量较多。

在本文中将介绍一种“香蕉形可调曲率‘柔性’桥梁模板体系及工艺”。通过该技术将大大提高该种大曲率、变曲率桥梁的生产效率和质量水平,并可大大降低生产成本。

二、技术概况

在该套模板体系中,采用“以直代曲”的构思,整个侧模由若干较小的直线定长固定段组成,在定长固定段之间设置弹性变化嵌块满足翼缘部分伸缩需要,每固定段之间则设调节联系杆实现曲线调整和定型固定的功能;同时通过在侧模上设嵌模段实现内外弧长度可调的功能,不但可以满足固定断面、变曲率梁体的需要,同时也能满足连续性的变断面、变曲率梁的制作需要。

如下图所示为该模板体系在工程实践中的运用实例。

该套模板由底模、侧锚、端模、内芯模、辅助连接机构和移动开模机构。其中侧模又分支座段、中间段和嵌模段。本文中则重点围绕“柔性”,即可调曲率的技术环节对该套模板进行重点介绍,对于内芯模及其压浮机构、辅助连接机构和移动开模机构等常规部件则不做重点介绍。

对于“柔性”可调曲率的问题,采用“以直代曲”的思路,由较小的直线段逐步拟和梁体弧形曲线。模板可调曲率半径在本项目中最小达到50米,代曲线的折线段长度为800mm～1200mm,可以较好满足梁体弧形优美,看不出明显折痕的要求。

另外,该思路仅适用于两侧主面为垂直的直线的断面形式,并且为连续性变化或固定断面。

3.2底模

底模主要包括地坪处理、搁栅排布、面板铺设、贴密封条和支座部分底模处理。底模结构如下图所示:

生产台座地坪的承载能力应根据产品、模板体系等的总荷载进行设计,地坪面根据搁栅的间距需要预设埋件,以便搁栅与台座的地坪固定连接。

底模面板的搁栅一般采用槽钢或工字钢,搁栅的间距应根据面板的承载力计算确定,以确保面板不变形,同时搁栅的布置方式和范围要能覆盖该台座所要生产梁型对底模区域的调节需求。

底模面板采用胶合漆板1～3层(其中下部1～2层为支座埋件转角和提高多层胶合漆板刚度之用)。上层胶合漆板与混凝土接触,根据预制混凝土构件的要求进行精确放样、切割出梁体底板曲线。放样时,应考虑侧模与底模结合处密封条的厚度。多层胶合漆板层数的确定,需考虑支座埋件倾角定位的需要。胶合漆板与型钢搁栅用螺栓连接固定。周边用特制造型的橡胶密封条实行密封和倒角造型。

根据梁体纵坡较大的情况,支座埋件需与梁身底板按纵坡要求设置一定倾角。针对这种情况采取了如下方法:在面板上按埋件的大小开孔,并在孔内按倾角要求用木结构制出倾角垫块,以使支座埋件形成一定角度,如下图所示:

3.3侧模

侧模主要采用型钢作为框架,型钢的型号和规格根据产品的大小进行选用。面板用厚度为 4～6的钢板,不宜太厚,以确保有“柔性”,便于弯曲调整。并分中间段、支座段和嵌模段3部分。如下图所示:

为满足模板纵向任意弯曲的要求,整个中间段侧模面板包括转折调节面板和固定面板。固定面板用于侧腹板垂直部分,通长为整体,固定面板与若干个中间段定长骨架实行整体固定;而对于上下翼缘部分截面有折线变化的部分则分段断开,在相邻的中间段定长骨架之间留出弹性变形空挡。该空挡则随模板弧线的调整而变化,需在弧线调整到位后定尺寸加工木制转折调节面板镶嵌补平。如下图所示:

为调节曲率并在弧形调节到位后起定形作用,在中间段定长骨架之间设有调节联系杆来实现定长折线调节曲率的功能,该调节联系杆通过腰形长孔来实现伸缩调节功能。

3.3.2支座段(实现端面长度、倾角变化的调节,以及辅助内外弧长度调节)

由于梁体支座段较短,因此,在支座段不做弧形曲线调节机构,以直代曲,可与模板中间段一起先行就位。

构件由于结构或线路需要其端面存在垂直倾角和横向转角的变化,侧模板与构件端面产生不垂直的情况。模板在设计时,对此部分预留了长度和倾角调节结构,用木料在模板校正和精确测量后根据梁体参数贴补,满足构件端面长度和倾角变化的需要。如下图所示:

3.3.3嵌模段(实现侧模上内外弧长度变化的调节)

由于构件曲率的变化,构件的内外侧弧长也随之变化,而中间段模板无论曲线怎么弯曲,弧长总为定值,因此,为满足构件内外侧弧长变化的需要,在两侧模上分别设嵌模段。

在制作模板时,中间段模板短做,并在中间段模板和支座段模板之间对应端头留嵌模接头机构,在中间段模板弧形调整到位和支座模板就位后,对于两者之间的弧长缺口部分用嵌模骨架贴木面板补足,嵌模根据需要可设1～3个。

3.4 端模

端模采用封头模形式,即在支座段侧模端头根据梁体转角、纵坡角等技术参数用木条镶贴和安装密封条之后,将端模封盖在端头,并用紧固螺栓和压杆固定。如下图所示:

3.5.1准备工作

操作人员须根据每根曲线轨道梁的特征和技术参数对每榀梁进行施工参数翻样,全面、直观、易懂的反映梁体的控制参数,用于直接指导生产操作。

检查模具各零、部件的功能是否完好、齐全,发现故障或损坏的部件及时修复。

3.5.2底模放样铺设

底模在面板铺设完成后,根据放样参数表进行放线,每500mm为一档控制点,并拟和出弧形边线,之后用切割机具进行切割,并在四周边缘贴密封条,如下图所示。并对于纵坡较大的底模支座埋件部分进行倾角调整。

3.5.3侧模曲率调节及装拆

1.解除侧模直线的结构框架,放松调节联系杆的连接螺栓,拆除嵌模段,拆除中间段的各调节嵌块,使侧模处于“柔性”可弯曲状态;

2.将两边侧模的横向中心线与底模的横向中心线对齐,将侧模底部面板初步贴近底模边缘,然后安装下拉杆和有限制梁宽作用的上拉杆,通过对拉紧固使侧模贴紧底模侧边,从而形成弧形。同时用安装有花篮螺杆的斜拉杆调整侧模垂直度并以上部纵向定位中心线为基准进行尺寸复核,使其上下弧线一致;

3.按底模的构件端面线就位侧模支座段,安装下拉杆和有限制梁宽作用的上拉杆并进行调整紧固;

4.安装支座段侧模端部梁长度调节木条和端面密封橡胶条,安装端模和端部横担并先紧固端部横担的拉杆,再紧固端模的紧固螺栓;

5.按侧模中间段和支座段的曲率特征安装侧模嵌模段,并与中间段和支座段进行固定;

6.用调节联系杆将侧模各定型骨架连接固定,从而实现定型;

7.定做安装侧模上下翼缘的各调节嵌块并填补各缝隙,之后打磨平整;

8.将定型的侧模整体通过移动小车向外移开;

9.之后,吊入钢筋笼,并整体移动合模;

10.安装其它机构,浇捣混凝土;

11.待梁体强度等技术指标达到拆模要求后进行模板拆除,遵循先支后拆,后支先拆的原则。

四、工程应用效果

4.1应用工程概况:

该套可调曲率柔性桥梁模板体系在上海轨道交通试验线项目中得到了应用。该项目中包含21榀长度为16米的曲线轨道梁,线路最小转弯半径为50米,梁体曲率变化范围为50米～∞,其中50米等半径轨道梁3根,70米等半径轨道梁3根,其余15根均为变曲率的曲线轨道梁(共17种曲率规格)。曲线轨道梁端面除转弯角度外还有纵坡倾角,角度包含88.85°～ 91.15°不同规格。同时由于轨道梁精度要求高,决定了产品尺寸规格等技术要求相当苛刻,外观要求也较高。

4.2应用效果

按该工程的质量、数量等要求,采用定型钢结构模板能满足质量要求,但需制造17种钢模,投入大,成本高,生产周期又长。采用木结构模板工作量大,生产节凑慢,精度较低,难以达到工程质量的要求。

而采用该套香蕉形可调曲率“柔性”桥梁模板体系,攻克了侧模的“柔性”弯曲调节和梁身段内外弧长的长度调节难题,并且解决了梁体支座段长度和端面倾角的调节以及底模的精确放样等技术难点。整个“香蕉梁”的制作仅用了2个半月的时间,在确保工程质量、进度和安全的前提下,以较低成本完成了该工程项目的施工任务,梁体各项技术指标得到了业主等各方的一致好评。

作者简介: 张士晓 1977年3月出生,工程硕士,毕业于同济大学建筑与土木工程专业,工程师职称,副主任工程师