簡述預(yù)制I型梁橋面板模板設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

鄭術(shù)鋒

中國電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司 天津 300384

引言

中國預(yù)制梁以T梁、箱梁和空心板較為常見，對應(yīng)的橋面板相對較薄，橋面板模板以“吊模法”施工居多，一般不進(jìn)行模板受力驗(yàn)算，巴基斯坦預(yù)制梁較多采用I型梁，其特點(diǎn)高寬比大、翼緣板寬度小，造成兩榀預(yù)制梁橫向凈距大，不易橋面板模板施工，且橋面板較厚，“吊模法”不適用，為便于橋面板橫坡的調(diào)整和橋面板的整體性，本文建立以預(yù)制梁馬蹄處為支點(diǎn)、鋼管支架為核心的“井”字形模板體系，并對其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，并在實(shí)際工程中予以應(yīng)用。

1 上部結(jié)構(gòu)形式

上部結(jié)構(gòu)采用簡支預(yù)應(yīng)力I型梁，全幅共12榀預(yù)制梁，預(yù)制I型梁包括多種跨徑，橋面板均為225mm的鋼筋混凝土，相鄰預(yù)制梁凈距1.55～1.85m，其中以20m預(yù)制梁橫向凈距最大，本文以20m跨徑I型梁橋面板為例進(jìn)行模板設(shè)計(jì)與驗(yàn)算。

2 模板設(shè)計(jì)

2.1 中梁中間橋面板模板

對于預(yù)制梁中間橋面板部分，模板體系布置在兩片梁之間，模板體系由上下兩排縱、橫向支架、立桿、頂托、方木等組成（詳見圖1）?？v、橫向支架形成“井”字形結(jié)構(gòu)，其交點(diǎn)布置立桿，縱、橫向支架均通過Φ48×3.5mm鋼管連接，上下兩排縱向水平桿間距均為0.6m，上下兩排保證在同一直線上，其長度宜為2.3m～2.5m，立桿高度宜為2.6m，以便于與其他預(yù)制梁通用。橫向底排水平桿距離預(yù)制梁馬蹄邊緣宜為0.3m，上下兩排保證在同一直線上，立桿步距為0.9m（25m、30m、40m預(yù)制梁步距為1.2m），立桿頂部設(shè)置頂托，在頂托上縱向布置木方，間距0.6m，橫向設(shè)置方木，間距0.2m，最后在方木上布置1.5cm厚竹膠板。為保證模板體系的穩(wěn)定性，宜在橫向支架外側(cè)布置斜撐，與橫向水平桿一起支撐橋面板，間距為1.2m。

圖1 中梁中間橋面板模板示意圖（單位：mm）

2.2 中梁端部橋面板模板

對于預(yù)制梁端部橋面板部分，端部立桿支撐在橋臺(tái)或蓋梁上，端部變截面處縱向水平桿長度采用方木和頂托靈活調(diào)整，其他與中梁中間橋面板模板相同。

2.3 外邊梁橋面板模板

對于橋梁兩側(cè)懸挑橋面板部分，底排縱向水平桿與鄰近立桿進(jìn)行連接，長度宜為5m，間距同臨近立桿，懸挑橋面板部分的橫向底排內(nèi)側(cè)水平桿距離預(yù)制梁馬蹄邊緣宜為0.3m，橫向內(nèi)外側(cè)水平桿間距為0.5m，上下兩排在同一直線上，縱橫向交點(diǎn)設(shè)置立桿，立桿步距為0.9m（25m、30m、40m預(yù)制梁步距為1.2m），立桿頂部設(shè)置頂托，在頂托上縱向布置木方，間距0.6m，橫向設(shè)置方木，間距0.2m，最后在方木上布置1.5cm厚竹膠板。為保證模板體系的穩(wěn)定性，采用花籃螺栓和鋼筋一端與外側(cè)橫向水平桿連接，另一端與預(yù)制梁預(yù)埋至橋面板的鋼筋焊接；花籃螺栓間距為1.2m，同時(shí)在橫向支架外側(cè)布置斜撐，與橫向鋼管一起支撐懸挑橋面板，斜撐間距為0.6m。

3 模板驗(yàn)算

橋面板模板荷載主要為鋼筋混凝土自重，不同跨徑I型梁其上部結(jié)構(gòu)是一樣的，可以認(rèn)為荷載是等值的，而不同跨徑預(yù)制梁凈距不同。其中20米梁為1.85m，為最大凈距，即最不利荷載20米預(yù)制梁進(jìn)行驗(yàn)算。

3.1 荷載分類及組合

靜載：靜載主要為梁段混凝土和鋼筋自重，以及模板支架自重，活載：施工荷載，不考慮風(fēng)荷載影響。

根據(jù)路橋施工計(jì)算手冊要求[1]，在梁段自重上增加的荷載有：砼單位體積的重量26KN/m3，傾倒砼產(chǎn)生的荷載4.0KN/m2，振搗砼產(chǎn)生的荷載2.0KN/m2，模板和支架產(chǎn)生的荷載2.0KN/m2，施工人員及施工機(jī)具運(yùn)輸或堆放荷載2.5KN/m2。按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[2]5.1.2荷載分項(xiàng)系數(shù)取值：鋼筋砼自重1.2、模板及支架自重1.2，其他荷載取1.4。20米半幅一跨橋面板鋼筋20t，混凝土72m3，假定重量全部均勻分布在支架模板上，梁長按20m計(jì)算，寬度1.85米，則模板單位面積荷載為(72m3×26kN/m)/20m/1.85m/5=10.12kN/m2，面積對應(yīng)縱向每延米重量為10.12/1.85=5.47kN/m。

3.2 支架設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

支架間距初步設(shè)計(jì)

根據(jù)路橋施工計(jì)算手冊，橋面板處每平方米所需要的立桿數(shù)：1.2q1/[N]=1.2×10.12/30=0.40，取安全系數(shù)為1.3，則為0.53。初定橋面板縱橫間距為：1.5×1.5=2.25m2>1/0.53=1.89m2不滿足要求。

3.3 支架計(jì)算分析及驗(yàn)算

橋面板A處，縱向每延米上部結(jié)構(gòu)的靜載+活載為：

Q1=1.2×10.12+1.4×（2.5+2+4+2）=26.84kN/m2

模板支架頂部荷載通過頂托傳遞給立桿。立桿的縱向間距為1.5m，橫向間距為1.5m，立桿承受的荷載有：N=1.5×1.5×26.84=60.399>[N]=30kN 不滿足承重要求，故橫向間距調(diào)整為1.25m（取中間間距最大值），縱向間距為0.6m，N=0.6×1.25×26.84=20.13<[N]=30kN，滿足要求。

[N]=30kN是依據(jù)《建筑施工腳手架實(shí)用手冊》[3]，步距為1.2m 時(shí)，立桿允許荷載Pmax=30kN/根。

（1）梁體縱橫向方木的強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算

由前述可知縱向采用10cm×10cm的方木，縱向間距為60cm，橫向采用的方木為10cm×10cm，橫向間距為20cm。

1）梁體縱向方木的強(qiáng)度驗(yàn)算

支架采用10cm×10cm方木，方木間距按0.6m布置，荷載的取值：橋面板荷載取值26.84kN/m2，梁面荷載：q＝26.84×0.6＝16.10kN/m。

①跨度的取值l＝0.6m，跨數(shù)的取值n＝1

②計(jì)算最大彎矩及剪力值：Mmax＝1/8×ql2＝0.72KN.m，Qmax＝1/2×ql＝4.83kN

③正應(yīng)力及剪應(yīng)力驗(yàn)算

W＝1/6bh2＝166.67cm3，b＝10 cm，h＝10cm，σmax＝Mmax÷W＝4.32Mpa＜[σ]＝15.0Mpa(木材的容許彎拉強(qiáng)度值)，方木正應(yīng)力滿足要求。

τ＝QmaxS/(Ib)，其中 S＝1/8bh＝125cm3， I＝1/12bh3=833.33cm4，b、h值同上，τ＝0.72Mpa＜[τ]＝2.0Mpa(木材的容許剪應(yīng)力值)，梁體方木的剪應(yīng)力滿足要求。

2）梁體縱向方木的剛度驗(yàn)算

fmax＝5ql4/(384EI)=0.097mm

其中彈性模量E＝10×109pa，I＝2.81×10-5m4，q＝16.10kN/m，l＝0.6m，梁體縱向木方的剛度滿足要求。

3）梁體橫向方木的強(qiáng)度驗(yàn)算

支架采用10cm×10cm方木，其間距按0.2m布置

①荷載的取值：橋面板荷載取值26.84kN/m2，梁面荷載：q＝26.84×0.2＝5.37kN/m

②跨度的取值l＝0.2m，跨數(shù)的取值n＝1

③計(jì)算最大彎矩及剪力值； Mmax＝1/8×ql2＝0.03kN.m，Qmax＝1/2×ql＝0.54kN

④正應(yīng)力及剪應(yīng)力驗(yàn)算

W＝1/6bh2＝166.67cm3，b、h值同上，σmax＝0.18Mpa＜[σ]＝15.0Mpa(木材的容許彎拉強(qiáng)度值)， 方木正應(yīng)力滿足要求。

τ＝QmaxS/(Ib)，其中S、I 、b、h值同上，τ＝0.81Mpa＜[τ]＝2.0Mpa(木材的容許剪應(yīng)力值)，梁體橫向方木的剪應(yīng)力滿足要求。

4）梁體橫向方木的剛度驗(yàn)算

fmax＝5ql4/(3 8 4 E I)=0.0039 mm

（2）立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算

扣件式鋼管截面特性依據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》[1]支架計(jì)算表13-4取值，根據(jù)《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》[2]單根立桿的穩(wěn)定性按N≤φA f計(jì)算。立桿長細(xì)比λ=（kμh/i）=(1.155×1.05×1200）/15.78=92.22，查本規(guī)范附錄A表A.0.6值得φ=0.648

N/(A×φ)≤f，N取以上最不利值20.13kN，20.13×1000/(489×0.648)=63.53Mpa<205Mpa，滿足要求。

5 施工過程說明

橋面板模板施工應(yīng)在橫隔板施工完成后進(jìn)行，在模板體系施工完成后，分別在墩臺(tái)變截面處、跨中、L/4跨的支架立桿的底板、頂部設(shè)置觀測點(diǎn)，觀測高程的變化，觀測時(shí)間為混凝土澆筑完畢時(shí)間、混凝土養(yǎng)護(hù)7天和28天時(shí)間，經(jīng)過對觀測數(shù)據(jù)的審核、分析對比，高程變化值在5mm以內(nèi)，滿足規(guī)范和預(yù)期要求。橋面板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后，再進(jìn)行模板拆除，對于外側(cè)防撞護(hù)欄，宜在橋面板混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之后，再進(jìn)行施工。

6 結(jié)束語

本文以巴基斯坦PKM公路項(xiàng)目為依托，建立橋面板“井”字形模板體系，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)與驗(yàn)算，得出以下結(jié)論：一是橋面板“井”字形模板體系適用于橋面板較厚、橋面系荷載大的上部結(jié)構(gòu)，該方法結(jié)構(gòu)安全、澆筑整體性好。二是橋面板“井”字形模板體系受力明確、簡單，取材方便，工作面多，在施工工期、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性上都有較大的優(yōu)勢。三是橋面板“井”字形模板體系技術(shù)要點(diǎn)在于按設(shè)計(jì)的體系進(jìn)行搭設(shè)，在澆筑混凝土過程中和養(yǎng)護(hù)期加強(qiáng)對模板體系的監(jiān)控量測。