雙肢空心墩滑模系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)與分析

羅 鴻

（云南省公路工程監(jiān)理咨詢(xún)有限公司，云南 650021）

1 引言

滑升模板法是在建筑物的基礎(chǔ)上，按照平面圖沿結(jié)構(gòu)周邊一次裝設(shè)高1.2m左右的一段模板，隨著模板內(nèi)不斷澆注混凝土和綁扎鋼筋，不斷提升模板來(lái)完成整個(gè)建筑物的澆筑和成型[1]。在國(guó)內(nèi)及國(guó)際工程的筒體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、墻板結(jié)構(gòu)等混凝土結(jié)構(gòu)工程中，滑升模板法被廣泛應(yīng)用[2]。文章結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)雙肢空心墩滑模系統(tǒng)承載能力進(jìn)行研究，模板材料均采用Q235鋼材，許用抗拉強(qiáng)度為205MPa，許用抗剪強(qiáng)度為175MPa，滑模模板系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)造圖如圖1所示。

圖1 模板平臺(tái)示意圖（單位：mm）

（1）面板采用5mm普通鋼板，模板背楞采用5cm角鋼，間距30cm，背橫肋采用槽10型鋼，位于模板上下邊緣。

（2）5cm方鋼背后為外骨架，角鋼背后支點(diǎn)間距最大80cm。

（3）橫橋向骨架采用100mm角鋼，寬度100cm、高度120cm、長(zhǎng)度11.5m，加密網(wǎng)格間距100cm，每個(gè)加密區(qū)平縱面各加一個(gè)75mm角鋼。

（4）縱橋向骨架采用100mm角鋼，寬度80cm、高度120cm、長(zhǎng)度8m，加密網(wǎng)格間距100cm，每個(gè)加密區(qū)平縱面各加一個(gè)75mm角鋼。

2 滑模系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算與分析

2.1 荷載取值

（1）側(cè)模壓力。側(cè)壓力分布曲線如圖2所示。澆筑高度HP=0.5m，素混凝土容重取γ=25kN/m3，那么Pa=γHP/3=4.17kN/m2[3]。

圖2 側(cè)壓力分布曲線

（2）結(jié)構(gòu)自重。按實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件計(jì)算重量。

（3）施工人員、設(shè)備以及備用材料。設(shè)計(jì)平臺(tái)鋪板及楞條時(shí)，為2.5kN/m2；設(shè)計(jì)平臺(tái)桁架時(shí)，為2.0kN/m2；設(shè)計(jì)圍圈及提升架時(shí)，為1.5kN/m2；計(jì)算支承桿數(shù)量時(shí)，為1.5kN/m2。

（4）傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平集中力取2kN。

（5）摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值?；炷恋哪ψ枇?biāo)準(zhǔn)值，鋼模板取1.5kN/m2[4]。

結(jié)合設(shè)計(jì)構(gòu)造建立有限元模型，如圖3所示。荷載組合分項(xiàng)系數(shù)如表1所示。按照表1所示荷載組合進(jìn)行滑模系統(tǒng)承載能力極限狀態(tài)與正常使用狀態(tài)的設(shè)計(jì)分析。

圖3 滑模計(jì)算模型

表1 荷載組合分項(xiàng)系數(shù)表

2.2 分析結(jié)果

鋪板應(yīng)力圖、桁架極限狀態(tài)正應(yīng)力圖、最不利桿件正常使用狀態(tài)豎向變形圖、極限承載狀態(tài)模板應(yīng)力圖、支承桿反力圖分別如圖4～圖8所示。

（1）由圖4可知，鋪板最大組合應(yīng)力σmax=111.5MPa＜[σ]=205MPa，鋪板強(qiáng)度驗(yàn)算滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（2）由圖5、圖6可知，桁架最大組合應(yīng)力σmax=152.5MPa＜ [σ]=205MPa，最大剪應(yīng)力τmax=13.6MPa ＜[τ]=175MPa，桁架的最大豎向變形值fmax=2.163mm＜[f]=L/500=23mm，桁架強(qiáng)度驗(yàn)算與剛度驗(yàn)算滿(mǎn)足規(guī)范要求。

圖4 鋪板應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖5 桁架極限狀態(tài)正應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖6 最不利桿件正常使用狀態(tài)豎向變形圖（單位：mm）

圖7 極限承載狀態(tài)模板應(yīng)力圖（單位：MPa）

圖8 支承桿反力圖（單位：kN）

（3）提升架系統(tǒng)采用2C18a雙拼槽鋼，最大組合應(yīng)力σmax=132.0MPa ＜ [σ]=205MPa，最大剪應(yīng)力τmax=15.1MPa＜[τ]=175MPa，提升架系統(tǒng)強(qiáng)度驗(yàn)算滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（4）由圖7可知，模板最大組合應(yīng)力σmax=47.0MPa＜[σ]=205MPa，豎楞最大組合應(yīng)力σmax=92.9MPa ＜ [σ]=205MPa，模板與豎楞強(qiáng)度驗(yàn)算滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（5）結(jié)合有限元計(jì)算結(jié)果，支承桿的最大支反力為Qmax=25.4kN，如圖8所示。支承桿允許承載力。其中，E為支撐桿的彈性模量，E=2.1×105MPa；I為支撐桿的截面慣性矩，I=1.58×105mm4；k為安全系數(shù)，k=2.0；μl為計(jì)算長(zhǎng)度，μl=2×1000= 2000mm。計(jì)算求得φ48×5mm鋼管的壓桿極限承載力Pij=34.16kN，Qmax＜Pij，支承桿承載能力滿(mǎn)足要求。

（6）千斤頂型號(hào)為QYD-10型千斤頂，額定起升重量為10t。取空心墩模板系統(tǒng)支承桿最大支反力為計(jì)算荷載，千斤頂?shù)陌踩禂?shù)，千斤頂承載力滿(mǎn)足要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)大型通用有限元軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，分別對(duì)滑模系統(tǒng)重要組成部分進(jìn)行了承載能力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)分析，得到以下結(jié)論：

（1）滑模系統(tǒng)中鋪板、桁架、支撐架、模板、模板豎楞及支撐桿的承載能力滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求，能夠保證該工程的施工質(zhì)量和施工安全。

（2）滑模工藝要求高，但由于其速度快、機(jī)械化程度高、結(jié)構(gòu)整體性好、施工占地面積小、總體施工費(fèi)用較低、安全作業(yè)有保障等優(yōu)點(diǎn)，使其在高墩的施工中得到廣泛應(yīng)用與推廣。