垄井特大桥主墩墩身外模木模板设计

【摘 要】 高墩外模采用进口优质木模板设计，力学计算

【关键词】 墩身 木模板 设计

1 概述

垄井特大桥左9右10号，左10右11号主墩为两端刚性固接的钢筋混凝土双柱式柔性墩，纵向由两片薄壁墩组成，每片薄壁墩的下段为矩形实心截面，上段为矩形空心截面，顶部2.0米范围为矩形实心截面，横桥向6米，顺桥向3米，左9右10墩H1号墩墩身高度为76.65米和76.81米左10右11号墩墩身高度为56.35米和56.52米。

2 模板方案考虑

本工程由于外观质量、进度要求较高，而传统翻模钢模板施工存在模板加工复杂，重量过大以及外观质量不稳定等问题，通过综合考虑选用进口优质木模板，采用预埋爬锥，塔吊提升的施工方法，以确保工程质量和进度。

3 模板组成

本模板主要由竖向背楞、横向背楞，面板，以及吊钩、背楞连接器、连接爪等辅助设施组成，其中面板采用21mm进口木板.，模板竖肋采用80x200mm工字木梁，中心间距200mm， 模板横肋采用80x140mm双槽钢背楞，沿高度方向布置四道，间距为1250mm，拉杆横向最大间距为1300mm。四角设置斜拉杆，拉杆采用直径20mm圆钢，大面模板尺寸为6042 x4650mm，小面模板尺寸为3000 x4650mm，每次浇筑高度为4.5m。阳角处模板通过45度的斜拉杆连接，角部形成企口形式，斜拉杆为45度方向受力，能有效保证模板角部不胀模不漏浆（见图1、2）。

4 模板力学性能验算

4.1 侧压力计算

混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。侧压力达到最大值的浇筑高度称为混凝土的有效压头。通过理论和实践，可按下列二式计算，并取其最小值：

F=0.22γct0β1β2V1/2

F=γcH

式中 F------新浇筑混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）

γc------混凝土的重力密度（kN/m3）取25 kN/m3

t0------新浇混凝土的初凝时间（h），可按实测确定。当缺乏实验资料时，可采用t=200/（T+15）计算；t=200/（25+15）=5

T------混凝土的温度（°）取25°

V------混凝土的浇灌速度（m/h）；取2m/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4.5m

β1------外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1；

β2------混凝土塌落度影响系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50―90mm时，取1；110―150mm时，取1.15。取1

F=0.22γct0β1β2V1/2

=0.22x25x5x1x1x21/2

=38.9kN/m2

F=γcH

=25x4.5=112.5kN/ m2

取二者中的较小值，F=38.9kN/ 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=38.9x1.2+4x1.4=52.3 kN/ m2

4.2 面板验算

将面板视为两边支撑在木工字梁上的多跨连续板计算，面板长度取标准板板长2440mm，板宽度b=1000mm，面板为21mm厚胶合板，木梁间距为l=280mm。

4.2.1 强度验算

面板最大弯矩：Mmax=ql2/10=（52.3x280x280）/10=0.41x106N.mm

面板的截面系数：W=1/6bh2=1/6x1000x212=7.35x104mm3

应力：ó= Mmax/W=0.41x106/7.35x104=5.58N/mm2

故满足要求

其中：fm-木材抗弯强度设计值，取13 N/mm2

E-弹性模量，木材取9.5x103 N/mm2，钢材取2.1x105 N/mm2

4.2.2 刚度验算：

刚度验算采用标准荷载，同时不考虑振动荷载的作用，则

q2=38.9x1=38.9 kN/ m

模板挠度由式ω= q2l4/150EI=38.9x2804/（150x9.5x1000x77.2x104）

=0.22mm

故满足要求

面板截面惯性矩：I=bh3/12=1000X213/12=77.2X104mm4

4.3 木工字梁验算：

木工字梁作为竖肋支承在横向背楞上，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=1350mm。

木工字梁上的荷载为：q3=Fl=52.3X0.28=14.67N/mm

F-混凝土的侧压力

l-木工字梁之间的水平距离

4.3.1 强度验算

最大弯矩Mmax=0.1 q3L2=0.1x14.67x1350x1350=2.68x106N.mm

木工字梁截面系数：

W=（1/6H）X[BH3-（B-b）h3]

= （1/6X200）X[80X2003-（80-30）X1203]=46.1X104mm2

应力：ó= Mmax/W=2.68X106/46.1X104=5.8N/mm2

木工字梁截面惯性矩：

I=1/12X[BH3-（B-b）h3]= 1/12X[80X2003-（80-30）X1203]=46.1X106mm4

4.3.2 挠度验算：

悬臂部分挠度w=ql14/8EI=10.89X5004/（8X9.5X103X46.1X106）=0.19mm

[w]-容许挠度，[w]=L/500，L=500mm

跨中部分挠度

w= q1l24X（5-24λ2）/384 EI

=10.89X13504X（5-24X0.372）/（384X9.5X103X46.1X106）=0.37mm

[w]-容许挠度，[w]=L/400，L=1350mm

q1=38.9x0.280=10.89 N/mm

λ-悬臂部分长度与跨中部分长度之比，λ= l1/ l2

4.4 横向双槽钢背楞验算：

双槽钢背楞作为横向围檩支承在拉杆上，可作为支承在拉杆上的简支梁计算，其跨距等于拉杆的间距最大为L=1300mm。

双槽背楞上承受多个相等的均匀荷载的作用，可近似看作是线荷载为：q3=Fl=46.7X1.275=59.5N/mm

F-混凝土的侧压力38.9*1.2=46.7kN/ m2

l-底部双槽钢围檩所承受的荷载的高度

4.4.1 强度验算

最大弯矩Mmax=0.125 q3L2=0.125x59.5x1300x1300=12.6x106N.mm

双槽钢背楞截面系数：

W=8.05X104X2=1.61X105mm3

应力：ó= Mmax/W=12.6X106/1.61X105=78.3N/mm2

双槽钢围檩截面惯性矩：

I=5.64 X106 X2=11.28X106mm4

4.4.2挠度验算：

悬臂部分挠度w=ql14/8EI=38.9X6504/（8X210X103X11.28X106）=0.37mm

[w]-容许挠度，[w]=L/500，L=650mm

跨中部分挠度

w= q1l24X（5-24λ2）/384 EI

=38.9X13004X（5-24X0.52）/（384X210X103X11.28X106）=-0.12mm

[w]-容许挠度，[w]=L/400，L=1300mm

q1=38.9x1.275=20.79N/mm

λ-悬臂部分长度与跨中部分长度之比，λ= l1/ l2

4.5 面板、木工字梁和槽钢背楞的组合挠度为：

w=0.22+0.37+0.12=0.71mm

5 结束语

在施工中我们发现，模板设计完全满足施工要求，达到了与其效果。同时具有有以下优点：

模板加工简单，模板各部分采用厂家标准化尺寸，在现场进行拼装，简单快捷。

模板刚度大，且重量轻，塔吊一次即可吊装整块模板，有效降低施工难度。

结构施工误差小，测量纠偏简单，施工误差可逐层消除。

墩身成品混凝土外观质量较好，颜色均匀。

施工速度快，平均四天一层，最快的可达到三天一层。

参考文献

[1] 公路桥涵设计规范（JTGD61-2005） 人民交通出版社，2005

[2] 结构力学（第2版）东南大学出版社 2011

[3] 混凝土结构设计规范（GB50010-2010） 中国建筑工业出版社 2011

[4] 混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）中国建筑工业出版社 2011