鐵路主體框架的支模設(shè)計與驗算

毛玲康

（杭州地方鐵路開發(fā)有限公司，浙江 杭州 311000）

0 引言

在橋梁施工中，常用到支架體系，用以傳遞上部結(jié)構(gòu)的荷載[1-3]。施工荷載隨著施工工序的推進而不斷變化，支架所承受的荷載也受眾多因素影響，如混凝土材料特性、支架的布置等。支架和模板作為臨時結(jié)構(gòu)，常常未能引起足夠的重視，未能及時考慮到施工荷載的不確定性和因素的多樣性。此外，有許多學(xué)者對支架進行了研究。王勇[4]對超高模板支架的極限承載力進行了分析，對模板支架的初始缺陷進行實測，統(tǒng)計分析測量數(shù)據(jù)，考慮較大的初始彎曲率和不足的鋼管壁厚，提出一個新的極限承載力公式。顧浩聲等人[5]發(fā)現(xiàn)立桿軸力及梁板鋼筋內(nèi)力分別在上層樓板和上面第2 層混凝土澆筑完畢后出現(xiàn)峰值。林博等人[6]采用ANSYS 軟件對該大橋索塔橫梁落地支架的承載力及穩(wěn)定性進行了分析計算，計算了各個構(gòu)件的強度，列出了最可能的失穩(wěn)模態(tài)，驗算了支架整體在施工過程中的穩(wěn)定性，分析結(jié)果為類似超高鋼管支架在施工過程中的穩(wěn)定性提供經(jīng)驗借鑒。但針對具體工程開展詳細的設(shè)計與驗算的工作仍不多，因此有必要對支架和模板進行全面的設(shè)計與驗算。本文以某一框架結(jié)構(gòu)工程為例，對支架和模板的設(shè)計和驗算進行詳細闡述。

1 工程概況

某下穿框架設(shè)計長總長為44.76m，分為鐵路Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)基坑，Ⅰ、Ⅱ區(qū)基坑內(nèi)框架均為20.93m，凈寬為8.6m的框架底板至頂板凈高9.6m，框架底板厚1.3m、側(cè)墻厚1.0m、底板厚0.9m；凈寬13.2m的框架底板至頂板凈高8.6m，框架底板厚1.5m、側(cè)墻厚1.2m、中墻厚0.8m、底板厚1.1m，采用支架施工工藝。

2 模板設(shè)計

2.1 框架底板施工

2.1.1 框架底板模板施工

框架底板厚度分別為1.3m 和1.5m，底板與側(cè)墻連接處設(shè)0.5m×0.5m 加強角，并且框架外側(cè)與基坑圍護結(jié)構(gòu)相接，因此底板模板主要為斜角模板加垂直壁板折高部模板，模板立設(shè)高度為加強角以上0.2m。框架底板加強角及折高部分壁板模板采用15mm 厚木膠合板，采用?48 鋼管、8×6cm 的方木、拉桿和輔助架立鋼筋固定模板。

2.1.2 框架底板模板安裝順序及技術(shù)要點

安裝順序：模板定位→搭設(shè)方木、支架鋼管→內(nèi)模拼裝→內(nèi)模固定→驗收→混凝土澆筑→拆模。

2.1.3 施工方法及技術(shù)要點

框架模板主要為底板加強斜角及垂直壁板折高部分壁板內(nèi)模板，根據(jù)設(shè)計要求，壁板同底板相交處設(shè)置45°鋼筋混凝土加強角，底板鋼筋混凝土加強角寬度、高度為500mm。根據(jù)設(shè)計及現(xiàn)場施工工況、規(guī)范規(guī)定等因素考慮，第1道水平施工縫留設(shè)在底板加強角以上0.2m。底板模板立設(shè)示意圖見圖1所示。

圖1 隧道底板及側(cè)邊倒角模板支立示意圖

2.2 框架側(cè)墻施工

2.2.1 框架側(cè)墻模板施工

框架側(cè)墻厚度分別為1.0m 和1.2m，框架外側(cè)與基坑圍護結(jié)構(gòu)相接，由于基坑圍護結(jié)構(gòu)直接作為框架側(cè)墻現(xiàn)澆的外模板，為確保框架側(cè)墻混凝土澆筑施工時模板的安全，框架側(cè)墻模板采用的單側(cè)模板加對拉螺桿加固方式，將對拉螺栓植入圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)，對模板進行固定，對拉螺栓承受模板混凝土的側(cè)壓力?？蚣軅?cè)墻模板采用15mm 厚木膠合板，采用?48 鋼管、8×6cm的方木、拉桿和輔助架立鋼筋固定模板。

2.2.2 框架底板模板安裝順序及技術(shù)要點

安裝順序：模板定位→搭設(shè)方木、支架鋼管→內(nèi)、外模拼裝→內(nèi)、外模固定→驗收→混凝土澆筑→拆模。

2.2.3 施工方法及技術(shù)要點

側(cè)墻外壁板采用15mm 厚優(yōu)質(zhì)覆面木膠合板，8cm×6cm 的松木作為內(nèi)楞，間距 0.3m/1 道，?48 鋼管作為主楞及次楞，橫向間距0.15m/1 道，縱向間距0.15m/1 道（如圖2 所示）。根據(jù)設(shè)計及現(xiàn)場施工工況、規(guī)范規(guī)定等因素考慮，側(cè)墻分為兩側(cè)澆筑，第一次澆筑至第二道支撐底面以下1.2m 處，澆筑高度為4.5m，留設(shè)第2 道水平施工縫。待基坑第二道支撐拆除的轉(zhuǎn)換體系建立后，剩余側(cè)墻及頂板一次性澆筑，剩余側(cè)墻澆筑高度為4.4m。模板下口與原已澆搗好的壁板混凝土相接處采用相貼3mm 雙面膠相貼，以防止漏漿。壁板模板拼裝結(jié)束后，木膠板與木膠板之間的縫隙采用0.05m×0.03m 的木條進行蓋縫封閉，防止漏漿。

圖2 模板支撐體系示意圖（單位：mm）

2.3 框架頂板施工

框架頂板厚度分別為0.9m、1.1m，頂板與壁板相交處采用2.1m×0.7m 鋼筋混凝土加強角。加強角模板及頂板模板均采用15mm 厚，2.22m×2.44m 高強覆面木膠板及部分定型小規(guī)格復(fù)合板拼裝而成。頂板模板立設(shè)前，先立架設(shè)盤扣式鋼管支架，利用可調(diào)托調(diào)整頂板下?48 鋼管主楞骨及方木次楞的標高以符合設(shè)計要求。頂板及加強角模板定設(shè)時宜先立設(shè)兩個加強角的模板，再立設(shè)頂板模板，立設(shè)時宜從一端向另一端鋪設(shè)，縱向一塊接一塊立設(shè)，頂板中間按1.5‰起拱，兩個壁板與頂板連接處不起拱。待方木龍骨找平后，再鋪設(shè)復(fù)合板，局部拼縫處采用窄尺寸復(fù)合板鑲嵌，但應(yīng)拼縫嚴密。頂板模板立設(shè)完成后，其板縫與板縫之間采用包裝膠帶作為密封條封閉，防止漏漿，避免產(chǎn)生局部小蜂窩，影響混凝土的密實度，外觀及質(zhì)量。頂板模板鋪設(shè)完成后，用水準儀測量模板標高，進行校正并用靠尺找平。立模完成后，將模板內(nèi)雜物清理干凈，滿涂脫模油。頂板底模板采用15mm 優(yōu)質(zhì)覆面木膠板，橫向布置8cm×6cm 落葉松次楞；縱向鋪設(shè)?48 鋼管主楞，倒角設(shè)斜撐及水平桿輔助壓緊。

3 支模驗算

3.1 側(cè)墻計算

以凈寬8.6m框架側(cè)墻為例，對面板、側(cè)墻等進行驗算?；炷翂穸? 000mm，高度為9 600mm。支撐構(gòu)造采用小梁豎直的布置方式，間距為150mm，主梁最大懸挑長度150mm，單側(cè)預(yù)埋螺栓水平間距500mm。一共設(shè)置了24道支撐，主梁上支撐點距墻底距離以400mm的等間距從400mm變化到9 600mm。側(cè)壓力計算依據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162—2008），混凝土重力密度γc為24kN/m3，新澆混凝土初凝時間t0為4h，外加劑影響修正系數(shù)β1為1，混凝土坍落度影響修正系數(shù)β2為1.15，混凝土澆筑速度V為2.5m/h，混凝土側(cè)壓力計算位置處至新澆混凝土頂面總高度H為9.6m，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1，可變荷載調(diào)整系數(shù)γL=0.9，傾倒混凝土?xí)r對垂直面模板荷載標準值Q3k為2kN/m2。

則新澆混凝土對模板的側(cè)壓力標準值G4k為

有效壓頭高度

承載能力極限狀態(tài)設(shè)計值

正常使用極限狀態(tài)設(shè)計值

3.1.1 面板計算

面板類型采用覆面木膠合板，厚度為15mm，面板抗彎強度設(shè)計值15.444 N/mm2，彈性模量E為9 350N/mm2，根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162—2008），面板驗算按簡支梁。梁截面寬度取單位寬度即b=1000mm，W=bh2/6=11000×152/6=37500mm3，I=bh3/12=1000×153/12=281250mm4，基于工程實際和驗算簡便，不考慮有效壓頭高度對面板的影響。

（1）強度驗算

滿足要求。

（2）撓度驗算

撓度驗算：

滿足要求。

3.1.2 小梁驗算

小梁為矩形木楞，截面類型60mm×80mm，抗彎強度設(shè)計值15.444N/mm2，彈性模量為9 350N/mm2，截面抵抗矩64cm3，截面慣性矩256cm4，小梁合并根數(shù)為2，受力不均勻系數(shù)η為0.6。

（1）強度驗算

滿足要求。

（2）撓度驗算

滿足要求。

（3）抗剪驗算

滿足要求。

3.1.3 主梁驗算

主梁采用鋼管，截面類型?48×3.5，抗彎強度設(shè)計值為205N/mm2，抗剪強度設(shè)計值125N/mm2，彈性模量為206 000N/mm2，截面抵抗矩為cm3，截面慣性矩為10.78cm4，受力不均勻系數(shù)ζ 為0.6。由上節(jié)“小梁驗算”的“支座反力計算”知，主梁取小梁對其反力最大的那道驗算。

承載能力極限狀態(tài)：

正常使用極限狀態(tài)：

（1）強度驗算

滿足要求。

（2）支座反力計算

第1道支撐所受主梁最大反力

計算方法同上，可依次知：其余2～24 支撐的最大反力分別為3.125kN、11.170kN、9.015kN、9.595kN、9.440kN、 9.480kN、 9.470kN、 9.475kN、 9.470kN、9.470kN、 9.470kN、 9.470kN、 9.470kN、 9.470kN、9.475kN、 9.465kN、 9.505kN、 9.250kN、 7.265kN、4.955kN、2.800kN、0.360kN。

（3）撓度驗算

滿足要求。

圖3 驗算簡圖

圖4 彎矩圖（單位：kN·m）

圖5 剪力圖（單位：kN）

圖6 驗算簡圖

圖7 變形圖（單位：mm）

3.1.4 對拉螺栓驗算

對拉螺栓為M18，軸向拉力設(shè)計值29.6kN，按最不利荷載傳遞計算，同主梁驗算過程，可知對拉螺栓受力：

滿足要求。

頂板計算與上述類似，此處不再贅述。

3.2 立桿驗算

立桿鋼管截面類型為?48×3.2，采用Q345鋼材，支架立桿計算長度修正系數(shù)η為1.2，懸臂端計算長度折減系數(shù)k為0.7，支架自重標準值為0.15kN/m。

3.2.1 長細比驗算

滿足要求。

3.2.2 立桿穩(wěn)定性驗算

考慮風(fēng)荷載：

滿足要求。

4 結(jié)語

本文對某鐵路主體框架的支架和模板進行了設(shè)計和驗算研究，給出了框架底板、側(cè)墻和頂板的支架、模板設(shè)計要點，計算了側(cè)墻部分中的面板、小梁、主梁的抗彎強度、抗剪強度以及撓度，最后驗算了立桿的穩(wěn)定性，結(jié)果均滿足要求。希望本文支架和模板的具體設(shè)計與驗算示例，可為同類工程提供參考。