定型鋼模板設(shè)計(jì)應(yīng)用與效果分析

楊　臻

(上海隧道工程有限公司，上?！?00232)

定型鋼模板設(shè)計(jì)應(yīng)用與效果分析

楊臻

(上海隧道工程有限公司，上海200232)

摘要:簡(jiǎn)述了大模板技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀，結(jié)合上海市沿江通道工程實(shí)例，介紹了定型鋼模板工藝的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，針對(duì)大模板施工中存在的難題，提出了針對(duì)性的處理措施，指出采用定型鋼模板施工能夠獲得良好的綜合效益。

關(guān)鍵詞:大模板，應(yīng)力，施工難點(diǎn)，施工效果

大模板是根據(jù)施工要求進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)以及工廠化生產(chǎn)制作的一種適用于混凝土結(jié)構(gòu)工程的大體積模板。采用此種模板工藝施工時(shí)，其機(jī)械化程度高，施工方便，工作效率高，能夠有效地縮短施工工期，且其對(duì)工程質(zhì)量有保證，結(jié)構(gòu)整體好，所澆筑的混凝土表面光滑、平整度高，綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益良好。但同時(shí)由于其自身大體積大自重亦會(huì)帶來(lái)諸多問(wèn)題，需要在實(shí)際施工中予以解決［1］。1974年，我國(guó)首次對(duì)大模板的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行了研究，并在此之后伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，混凝土大模板技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越多，經(jīng)過(guò)多年的研究發(fā)展，大模板的種類也不斷朝著多樣化、實(shí)用化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展。上海沿江通道越江隧道新建工程工標(biāo)浦西岸邊段工程由浦西工作井、設(shè)備段、暗埋段和敞開(kāi)段組成，共分23個(gè)節(jié)段，其中PX02-PX22車道層側(cè)墻及中隔墻采用大模板施工，設(shè)備段及暗埋段施工范圍為車道層下腋角頂至上腋角底，敞開(kāi)段施工范圍為底板至第一道混凝土支撐底部下1 m，其他范圍結(jié)構(gòu)采用常規(guī)模板施工。

1　大模板技術(shù)概述

大型模板或者大塊模板均可簡(jiǎn)稱為大模板，屬于工具式模板，在混凝土結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，大模板作為專用模板可以做到重復(fù)周轉(zhuǎn)使用。大模板工藝即在混凝土墻體施工過(guò)程中采用各類大型模板施工的模板工藝，其工藝簡(jiǎn)單，施工迅速，且能較好的保障工程的質(zhì)量，同時(shí)其對(duì)企業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益還有很大提升。

1.1大模板技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展歷程與研究現(xiàn)狀

在現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程中，模板工程一直占有著很大比重，因此，在如何提高混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，減少施工成本的問(wèn)題上，模板工藝的改進(jìn)成為格外重要的一環(huán)，在這種施工需要下，大模板工藝應(yīng)運(yùn)而生。

大模板技術(shù)在我國(guó)興起較早，1974年開(kāi)始，伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)的高層建筑陸續(xù)在全國(guó)各地開(kāi)始了建設(shè)熱潮，大模板技術(shù)從此有了用武之地。近些年，大模板施工技術(shù)越來(lái)越受重視，且已經(jīng)作為建設(shè)部10項(xiàng)工程新技術(shù)而被大力推廣應(yīng)用，從而使得大模板技術(shù)在我國(guó)建設(shè)行業(yè)取得了良好的發(fā)展［2］。

1.2大模板分類

按照應(yīng)用工程的不同，大模板可劃分為:墻壁大模板、電梯井大模板、筒倉(cāng)大模板、壩體大模板、渠道大模板等;而按照模板的配置設(shè)計(jì)的不同，可劃分為:整間大模板和組合大模板;按照模板制作材料的不同，可劃分為:全鋼大模板和鋁合金大模板;按照其構(gòu)造及組拼方式的不同，可分為:整體式大模板、組合式大模板、拼裝式大模板和筒形模板及用于外墻面施工的裝飾混凝土模板。

2　沿江通道工程中大模板工藝概述

本工程根據(jù)施工要求采用定型組裝鋼模板來(lái)對(duì)隧道主體結(jié)構(gòu)中的內(nèi)襯墻與中隔墻的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，整套模板由單塊模板組合而成，每塊模板采用2.5 m寬，1 m高的長(zhǎng)方形鋼結(jié)構(gòu)。面板的厚度是6 mm，背部用6號(hào)槽鋼加強(qiáng)。四邊設(shè)計(jì)小模板之間連接的卡爪結(jié)構(gòu)，4個(gè)角上設(shè)計(jì)與模板支架連接的板。6個(gè)單元小模板組成一組大模板。敞開(kāi)段最長(zhǎng)27 m，最多需要9組模板組。

2.1模板設(shè)計(jì)

1)面板設(shè)計(jì)。本模板面板厚度為6 mm，背部采用6號(hào)槽鋼加強(qiáng)。單元模具體由模具面板和模架組成螺栓連接而成，如圖1～圖3所示。通過(guò)24個(gè)M16的螺栓把面板總成和模架總成連接后組成大模板組的通用單元體。2)支架設(shè)計(jì)。三角架支撐總成由支撐三角架，支撐主桿，調(diào)整梯形螺桿，支撐調(diào)整座和連接螺栓組成。

圖1　單元模板組

圖2　單元模具架

2.2工況設(shè)計(jì)分析

本工況分析采用ABAQUS軟件進(jìn)行有限元受力的分析，其中共設(shè)計(jì)三種不同的工況，并根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行不同工況中材料的屬性及受力變形分析。1)工況一:零件的應(yīng)力及應(yīng)變——面板厚度6 mm。分析面板在受到F =10.6 t/m2的載荷工況下，考察面板和架子及其他零件的變形和應(yīng)力，面板的厚度為6 mm，底下的黑色件設(shè)置為剛體固定點(diǎn)。受力約束簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4。通過(guò)計(jì)算可以看出，面板的最大應(yīng)變?yōu)?.28 mm，位置在面板的兩側(cè)，而中間的應(yīng)變小于0.5 mm，這是由于計(jì)算時(shí)面板的兩側(cè)處于懸臂狀態(tài)，真實(shí)狀態(tài)兩側(cè)是模板組之間相連的，所以單元面板焊接總成滿足應(yīng)力應(yīng)變要求。2)工況二:模擬整個(gè)大模板組吊起時(shí)的強(qiáng)度和硬度。模擬整個(gè)大模板組吊起時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變，尤其是面板與面板之間的應(yīng)力，各個(gè)安裝點(diǎn)、連接點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變。如圖4所示箭頭表示為鉸鏈約束(與地面上接觸，吊起時(shí)繞這個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn))，模具頭部為吊裝點(diǎn)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，7組單元最大撓度為5.16 mm，面板的最大應(yīng)力4 MPa，滿足整個(gè)大模板組的剛度和強(qiáng)度要求。3)工況三:骨架上拉分析。該工況是模擬在大模板脫模時(shí)個(gè)別單元模板組吸附在側(cè)墻表面，需要強(qiáng)行脫模，假設(shè)需要20 t的拉力才可以把模具組強(qiáng)行脫下，設(shè)定最下面的單元模板面板固定(不是架子，模擬脫模時(shí)面板被混凝土吸住的情況)，大模板組上面加載一個(gè)總拉力20 t，檢驗(yàn)?zāi)０褰M各個(gè)節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度，尋找最容易發(fā)生破壞的地方。其受力簡(jiǎn)圖如圖5所示。從圖5可以看出，整個(gè)大模板組在受到20 t的拉力時(shí)，最大的位移量發(fā)生在頂部，最大應(yīng)力發(fā)生在最下面的底座模架連接處，其強(qiáng)度是滿足要求的。

圖3　單元模板體

圖4　受力約束簡(jiǎn)圖

圖5　施加20 t拉力受力圖

3　應(yīng)用分析

3.1工效分析

大模板技術(shù)相比于原來(lái)的普通模板施工速度快，效率高，模板整塊起吊安裝、拆除，運(yùn)輸方便，采用大模板施工平均5 d能夠完成一個(gè)節(jié)段的內(nèi)襯墻(約24 m長(zhǎng)，5 m高)，而使用普通的模板一般需要1個(gè)星期甚至更多。拆模后，模板清理較為簡(jiǎn)便，對(duì)模板造成的損耗也遠(yuǎn)小于普通模板。由于模板的安裝采用機(jī)械與人工配合，節(jié)省了人工的同時(shí)，也提高了模板安裝的速度。在實(shí)際施工中，最初的模板單元拼裝完成后，大模板便進(jìn)入了周轉(zhuǎn)使用的階段。當(dāng)前一節(jié)段的內(nèi)襯墻身混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度時(shí)，下一節(jié)段的墻體鋼筋已基本制作完成，對(duì)大模板進(jìn)行清理、涂刷脫模劑后，便可用于下一節(jié)段的施工，對(duì)施工效率有顯著的提升。

3.2質(zhì)量情況

大模板施工形成的內(nèi)襯墻墻體拼縫整齊、美觀，同時(shí)由于模板本身平整度良好，強(qiáng)度、剛度較大，澆筑成型的墻體表面光滑、尺寸精度也較高，一般無(wú)需再次進(jìn)行抹灰作業(yè)。在施工人員操作正確的情況下，墻身混凝土基本無(wú)蜂窩麻面、氣孔、裂縫、缺角掉邊等現(xiàn)象出現(xiàn)［3］。

3.3施工難點(diǎn)及處理

1)模板吊裝問(wèn)題。由于該模板自身體積大，自重大，且需要多次吊裝周轉(zhuǎn)使用，頻繁吊裝存在較大安全隱患，在現(xiàn)場(chǎng)施工中，大模板采用75 t汽車吊進(jìn)行吊裝，且指派專人現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)指揮，并且將吊裝區(qū)域進(jìn)行隔離，提醒周圍作業(yè)人員禁止進(jìn)入。施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)布置專門(mén)的模板堆放場(chǎng)地。

2)高處作業(yè)問(wèn)題。由于模板拼裝及混凝土澆筑時(shí)需在模板頂部進(jìn)行操作，存在高空作業(yè)危險(xiǎn)，為保障工人生命安全，現(xiàn)場(chǎng)在模板頂部設(shè)計(jì)安裝了操作平臺(tái)，在外接的平臺(tái)基礎(chǔ)上利用腳手管進(jìn)行臨邊圍護(hù)，以保障施工人員的安全，操作平臺(tái)基礎(chǔ)與模板連接如圖6所示。

圖6　模板與操作平臺(tái)連接圖

3)模板定位問(wèn)題。在模板安裝過(guò)程中，首先利用模板地腳螺桿進(jìn)行水平方向調(diào)節(jié)，如圖7所示。

圖7　模板地腳螺桿示意與實(shí)物圖

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，采用專業(yè)廠商加工的保護(hù)層墊塊與側(cè)墻主筋固定，使面板緊靠墊塊，以確保結(jié)構(gòu)的保護(hù)層厚度，并輔以頂部吊掛鉛垂線方式進(jìn)行垂直度微調(diào)，從而保證結(jié)構(gòu)施工滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求［4］。

4　結(jié)語(yǔ)

上海市沿江通道越江隧道新建工程工標(biāo)浦西岸邊段在定型鋼模板的設(shè)計(jì)上進(jìn)行了自我創(chuàng)新，施工上進(jìn)行精細(xì)化管理，并且經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，定型鋼模板在本工程的應(yīng)用上取得了良好的效果。本項(xiàng)目采用的定型鋼模板，其主要由面板、支架及支撐體系構(gòu)成，并根據(jù)實(shí)際條件對(duì)模板進(jìn)行了數(shù)值模擬，確保其在設(shè)計(jì)上滿足實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)范要求，施工中滿足現(xiàn)場(chǎng)需要。由于大模板其自身的特殊性，在施工中亦會(huì)遇到諸如吊裝頻繁、高處作業(yè)、定位困難等問(wèn)題，在通過(guò)一系列的針對(duì)性措施后，這些問(wèn)題均得到良好解決。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用定型鋼模板施工能夠有效加快施工進(jìn)度，縮短施工工期，且其機(jī)械化程度高，所制作的工程結(jié)構(gòu)整體性好，混凝土表面平整光潔，具有良好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn):

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Design application and effect analysis of the set-shaped steel formwork

Yang Zhen
( Shanghai Tunnel Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200232，China)

Abstract:The paper briefly describes the development history and research status of large formwork technology in China.Combining with Shanghai coastal channel engineering example，it introduces the design points of the set-shaped steel formwork technology.In light of large formwork construction difficulties，it puts forward corresponding processing measures.In the end，it points out that: applying the set-shaped steel formwork construction technology can achieve great comprehensive efficiency.

Key words:large formwork，stress，construction difficulties，construction effect

作者簡(jiǎn)介:楊臻(1983-)，男，碩士，工程師

收稿日期:2015-11-27

文章編號(hào):1009-6825( 2016) 04-0104-02

中圖分類號(hào):TU755.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A