钢模板强度校核技术在混凝土浇筑中的应用.pdf

6 水利建设与管理 2 0 1 0年第9期 钢 模板 强 度 在 筑 中 的应 用 王 国 臣 ( 中国水利水电第十三工程局中心试验室 德州 2 5 3 0 1 4 ) 【 摘要】 济南奥体中心大辛河箱涵工程采用平面大型钢模板施工。本文介绍了该工程大型钢模板工程-9箱涵混 凝土浇筑工程之间的关系， 平面大型钢模板面板的强度、 刚度、 模板钢筋拉条强度校核计算， 得出的该箱涵腹部混凝 土浇筑的临界速度等情况。旨在为同类工程施工提供参考。 【 关键词】 钢模板强度校核技术施工工艺 临界速度 济南奥体 中心大辛河箱涵工程为奥体中心工程的一 部分 ， 位于经十东路以南、 体育北路以北、 东西两大场馆之 间， 全长 8 0 6 6 9 m， 共分 3 6 段 ， 横向为单箱三室。 该箱涵工 程特点是 ：工期短，混凝土 日浇筑方量大 ；箱涵净高 5 5 5 m，板 厚 4 5 7 0 e ra；模 板 工 程量 大 ，模 板工 程 量 4 8 0 0 0 m 2 o 模板采用大型钢模板 ， 为非常规施工采用的钢模 板 ，由专业 的生产 厂 家提 供 ，平 面模板 尺 寸为 ： 长 1 5 0 0 ra m 、 宽 7 5 0 m m、 厚 3 m m， 纵向 2 条肋 ， 宽 5 0 m m， 横向 5 条肋 ， 肋厚均 3 m m 。纵向尺寸( m m) 为 ： 1 5 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 - 3 0 0 1 5 0 ； 横向尺寸( m m ) 为： 2 7 5 2 0 0 2 7 5 ( 见图 1 ) 。 图 1 模板 1 箱涵平面大型钢模板工程与混凝土浇筑工程之 间的关 系 箱涵模板工程主要由大型钢模板 、 钢管支撑 、 钢筋 拉条及楞木等组成( 见图 2 ) 。箱涵混凝土浇筑时 ， 采用 不同的浇筑速度 ， 会对模板产生不同的侧压力 。 若混凝 土浇筑速度大 ， 其工程进度加快 ， 平面钢模板所 承受 的 侧压力就会增大 ，而平面钢模板的侧压 力值需 由钢筋 对拉螺栓进行平衡 ，若侧压力值 超过钢筋螺栓 的允许 拉应力 ， 则拉 条断裂 ， 混凝土跑模 ， 若侧 压力值超过钢 板允许 的强度 、 挠度 ， 则模板变形 ， 浇筑 的混 凝土不符 和设计要求 ； 若混凝 土浇筑速度小 ， 其侧压力值减小 ， 工程进度迟缓 ， 宜形 成混凝 土冷缝 ， 不符和设计要求 ， 并造成人员设备窝工。因此在箱涵混凝土浇筑过程 中， 存在混凝土浇筑速度 的f 临界值 。浇筑速度临界值的确 定对钢模板工程施工具有 十分重要 的意义 。在混凝土 浇筑施工前 ，一般根据类似工程 的施工经验初步拟订 混凝土浇筑的速度 ， 再对模板的强度 、 刚度及模板钢筋 对拉螺栓强度进行校核 ， 避免在浇筑过 程中 ， 混凝土跑 模 、 模板变形 、 混凝土施工不 符合设计要求 ， 变相提 高 了工程 的经济效益 。 2 箱涵侧腹板大型钢摸板施工工艺 箱涵腹板采用大型宽幅组合钢模板 ，腹板横竖 围 囹采用 , 4 8 3 5 ( m m) 脚手架钢管 ， 模 板之间 固定采用 西 1 6的钢 筋 对 拉 拉 杆 ，拉 杆 纵 、横 间 距 为 0 7 5 mX 0 7 5 m 王国臣， 钢模板强度校核技 术在 混凝 土浇筑 中的应 用 7 图 2 箱涵模板工程 由于 中腹板拉杆设计无防渗要求 ， 故采取在拉杆外 套 b 1 6 P V C管的方 法 ， 拉杆可周转使用 。拆模后 ， 向拉 条孔内灌筑 同等标号砂浆封堵。边腹板拉杆采用防水 拉杆 ， 在拉杆两端 紧贴 模板放置木块 ， 拆 模后 ， 将 拉条 用小型 电动砂轮机紧贴 根部割除 ，然后采 用高标号砂 浆封堵。 模板之间定位采用 1 6 撑铁 ， 撑铁设在靠近拉 杆处。 腹板支撑 ：涵内利用顶板设置的横 向承重钢 管支 撑 ， 在钢 管两侧 用垫块 将腹 板安 装牢 固 ， 并 调 整好腹 板模板的平面、 竖直位置 ， 腹板外侧采用单排脚手架 支撑。 3 箱涵腹部平面大型钢模板钢筋拉条强度校核、 钢 模板强度挠度校核 根据该工程模板施工工艺，混凝土浇筑时其腹板的 侧压力最大 ， 根据以往的施工经验 ， 初步拟订混凝土的浇 筑速度为 0 5 m h 。对该工程腹部模板强度刚度钢筋拉条 进行强度校核。 3 1 腹部模板侧压力的计算 依据 混凝土结构工程施工验收规范) ) ( G B 5 0 2 0 4 - 9 2 ) 附录中有关“ 普通模板及其支架荷载标准值及分项系 数” 的取值规定， 按照新浇混凝土对模板侧压力的两个计 算公式进行复核 ， 并取二式中的较小值。 新浇混凝土对模板的最大侧压力为 F = 0 2 2 y d 4 3 F- - yc H 上二式 中 _ 新浇混凝土对模板的最大侧压力 ， k N m 2 ； 广一 混凝土的重力密度 ， 对于普通混凝土可 取 2 4 k N m3 ； t 一 新浇混凝土的初凝时间， h ； 由于受环境 的影响 ， 浇筑前所剩余的初凝时间也只 有 5 8 h ， 验算时可偏于安全地取 t o = 8 h ； 混凝土的浇筑速度 ， m h ； 主要与构件的 复杂程度 、 施工现场 的机械设备条件有 关 ， 根据以往的施工经验 ， 取 0 5 m h 。 3 外加剂影响修正系数 ； 预拌 、 泵送混凝 土的工艺条件决定了， 在混凝土配合 比 中， 必须掺具有缓凝作用的高效减水 剂 ， 取 1 2 ； 昆 凝土坍落度影响修正系数； 根据泵送 混凝土的工艺要求 ， 采用 1 1 5 ； J 卜混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土 顶面的总高度 ， m； 箱涵高度为 5 5 m， 故取 H = 5 5 。 求模板侧压力 ： F I = O 2 2 T c t o O g 3 2 V ： 0 2 2 x 2 4 x 8 x 1 2 x 1 1 5 x 0 5 = 4 1 2 2 k N m c H= 2 4x 5 5 =1 3 2 k N m 取小值， = 4 1 2 2 k N m z 。 查 建筑施工手册 ( 第四版) ( 2 0 0 3 年 9 月 ) ： 分项系数= 1 2 折减系数： 0 8 5 则混凝土侧压力 的设计值 F = F I x 分项系数 折减 系 数= 4 1 2 2 x 1 2 x 0 8 5 = 4 2 0 4 k N m 2 3 2 倾倒混凝土产生的水平侧压力 由于该工程混凝土浇捣采用导管和串筒。混凝土振 捣时垂直向产生的水平侧压力为 如= 2 0 k N m 2 ，混凝土倾 倒时垂直 向产生的水平侧压力为 F 2 = 4 0 k N m 2 。 因为二者不可能同时发生 ， 取 F z = 4 0 k N m ， 则 荷载设计值= 水平侧压力 分项系数 折减系数： 4 x 1 4x 0 8 5 = 4 7 6 k N m 。 3 _ 3 模板侧压力 的荷载效应组合 按照原 混凝土结构工程施工验收规范 ( G B 5 0 2 0 4 - 9 2 ) 的规定 ， 对大体积混凝土、 厚度大于 1 0 0 ra m的墙 ， 参 与侧模板侧压力的荷载组合项为：倾倒混凝土时产生的 荷载和新浇混凝土对模板的侧压力；验算模板刚度时只 取新浇混凝土对模板的侧压力。 荷载组合 F 合 = 4 2 0 4 + 4 7 6 = 4 6 8 0 k N m 8 王 国臣 钢模板 强度校核技术在 混凝土浇筑 中的应用 3 4 6 1 6 钢筋拉条强度验算 根据现场模板实际情况 ，钢模板 的钢筋对拉螺栓直 径采用 1 6 m m， 钢筋拉条间距采用 O 7 5 m x 0 7 5 m。 F 侧= F 合 O 7 5 0 7 51 3 8= 4 6 8 0 x 0 7 5x 0 7 5x1 3 8= 3 6 3 2 k N ( 1 3 8 为安全系数) F拉 条= A s = 2 3 5 x r r x 75 2 l O O O = 41 5 l k N 式中 I级钢的抗拉屈服强度， 为 2 3 5 N mm2 ； A 钢筋截面积 ， m m 2 ；拉条有效截面的半径取 7 5 ramo 由于 F 拉 条 F 侧 ， 故 咖1 6 钢筋拉条满足强度要求。 3 5 平面大型钢模板面板强度及刚度验算 钢模板平面尺寸 ： 宽度 7 5 0 ra m， 长度 1 5 0 0 m m， 厚度 3 m m； 纵向 2 条肋 ， 宽 5 0 ra m， 横 向5 条肋 ， 肋厚均 3 m m， 肋 高均为 5 c m。纵向尺寸( mm) 为： 1 5 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 3 0 0 1 5 0 ； 横向尺寸( ra m) 为 ： 2 7 5 2 0 0 2 7 5 。 根据平面钢模板面 板实际受力情况 ， 据荷载与结构静力计算表 ， 分为三种情 况对模板进行强度挠度验算。 3 5 1 按三边固定 ，一边简支对该模板进行强度及挠度 校核 3 5 1 1 钢模板强度校核 混凝土模板的侧压力为 O 0 4 7 N m m 2 ，取 l O m m的板 条计 算 ， 则 q = O 0 47 x 1 0 = 0 4 7 N mm 取平面大模板 中一矩形单元( 长 3 0 0 m m， 宽 2 7 5 m m) 进行计算校核 ： 据 ， L r = 2 7 5 3 0 0 = 0 9 2 系数 q 系数= 一 0 。 0 6 6 3 + 0 0 0 5 2 x 2 5 0 0 6 4 2 2 M 一 0 0 6 4 2 2 x 04 7 x 2 7 5 2 = 一 2 2 8 2 61 N mm 系数= 一 0 0 5 6 3 + 0 0 0 0 5 x 2 5 0 0 5 6 1 M, 0 = - 0 0 5 61 x 0 4 7 x 2 7 5 2 = -1 9 9 4 0 0N mm 截面抵抗矩 W = W y = b h 2 6 = 1 0 x 3 2 6 = 1 5 m m o - x = M W = 2 2 8 2 6 1 1 5 = 1 5 2 1 7 N m m f = 2 0 5 N m m ( 符 合要求) F M W = 1 9 9 4 0 0 1 5 = 1 3 2 9 3 N m m f = 2 0 5 N m m 2 0 符 合要求) 3 5 1 2 钢模板挠度验算 由 3 1 可得 ， 混凝土模板的侧压力值为 0 0 4 2 N m m 2 ， 取 1 0 ra m的板条计算 ， 则 q = 0 0 4 2 x1 0 = 0 4 2 N mm 据 L y = 2 7 5 3 0 0 = 0 9 2 O rrt a = 系数x q L k 系数= 0 0 0 1 8 4 0 0 0 o 1 2 2 ， 5 ： 0 0 o l 7 9 2 k = E h 3 b 1 2 ( 1 - ) 式中 卜弹性模量， 取 2 0 6 1 0 S m m 2 ； r钢的泊桑比， 取 O - 3 ； 6 板条的宽度 ， 取 1 0 mm； h 板条的厚度 ， 取 3 mm。 则|i = 2 0 6 x l 0 5 x 3 2 1 0 1 2 ( 1 - 0 a s ) = 5 0 9 3 X 1 0 6 t o = 0 0 0 1 7 9 2 04 2 x 2 7 5 4 5 0 9 3 x1 0 =O 8 5 r a m ： 1 5 m m( 符合要求) 3 5 2 按四边 固定对该模板进行强度及挠度校核 3 5 2 1 模板强度校核 取平面大模板 中一矩形单元( 长 3 0 0 m m， 宽 2 0 0 ra m ) 进行计算校核。 据 L y = 2 0 0 3 0 0 = 0 6 7 Mx = 系数x q L 系数= 一 0 0 7 6 6 + 0 0 0 3 1 x 2 5 0 0 7 5 3 6 co _ 一 0 0 7 5 3 6 x 0 4 7 x 2 0 0 2 = 一 1 4 1 6 7 6 8 N m m 系数一0 0 5 7 1 + 0 0 0 0 2 x 2 5 0 0 5 7 0 2 M = 一 00 5 7 0 2 x 04 7 x2 0 0 2 =- 一1 0 7 1 9 7 6 N- mm 截面抵抗矩 W , = W y = b h V 6 = 1 0 x 3 2 6 = 1 5 ra m 3 o x = M W x = 1 4 1 6 7 6 8 1 5 = 9 4 4 5 N m m f = 2 0 5 N m m ( 符 合要求 ) M Wy = 1 0 7 1 9 7 6 1 5 = 7 1 4 7 N mm 2 f = 2 0 5 N mm2 t 符 合要求 ) 3 5 2 2 钢模板挠度验算 混凝土模板的侧压力为 0 0 4 2 N m m 2 ，取 1 0 m m的板 条计算 ， 则 q = 0 0 4 2 x1 0 = 0 4 2 N mm 撬L | L F2 0 0 1 3 0 0 = 0 6 7 。矾 = 系数x q L 4 k 系数= 0 0 0 2 2 4 0 0 0 0 1 2 x 2 5 ： 0 0 0 2 1 9 2 k = E h 1 2 ( 1 - ) 式中 卜弹性模量 ， 取 2 0 6 x 1 0 5 m m 2 ； 钢的泊桑比， 取 0 3 ； 6 板条的宽度 ， 取 1 0 mm； 板条的厚度， 取 3 ra m 。 则 k = 2 0 6 x l O S x 3 2 ) ( 1 O 1 2 ( 1 0 3 2 ) = 5 0 9 3 X 1 0 6 0 0 0 21 9 2 0 4 2 2 0 0 4 5 0 9 3 xl o 6 ：0 2 9 r a m = 1 5 m m( 符合要求 ) 王国臣， 钢模板强度校核技术在混凝土浇筑中的应用 9 3 5 3 按两边 固定 、两边简支对该模板进行强度及挠度 校核 3 5 - 3 1 钢模板强度校核 取平面大模板 中一矩形单元( 长 2 7 5 m m， 宽 1 5 0 ra m) 进行计算校核。 据 L r = 1 5 0 2 7 5 = 0 5 5 =系数x q L 系数一0 1 1 4 0 一0 1 1 4 0 x 0 4 7 x1 5 0 z = -1 2 0 5 5 5 N mm 系数一0 0 7 8 5 Mr = - 0 0 7 8 5 x 0 4 7 x 1 5 0 z =- - 8 3 0 1 4 N mm 截面抵抗矩 产 6 2 6 = 1 0 3 z 6 ： 1 5 m m 叮 M | W 1 2 0 5 5 5 1 5 = 8 0 3 7 N m m 2 f = 2 0 5 N m m 2 祷 合要求 ) o - r = M | Wy = 8 3 0 1 4 1 5 = 5 5 3 4 N m m 2 f = 2 0 5 N m m 0 符合 要求 ) 3 5 3 2 钢模板挠度验算 混凝土模板的侧压力 为 0 0 4 2 N ra m z ，取 1 0 m m的板 条计算 ， 则 q = 0 0 42 x 1 0 = 0 4 2 N mm 据 ， L r = 1 5 0 2 7 5 = 0 5 5 删 F 系数x q L k 系数= 0 0 0 4 5 4 = 3 6 ， 1 2 ( 1 一 ) 式 中 卜弹性模量 ， 取 2 0 6 x l m m 2 ； 钢的泊桑 比， 取 0 - 3 ； 6 板条的宽度 ， 取 1 0 m m； 板条 的厚度 ， 取 3 m m。 则k = 2 0 6 x l 0 5 x 3 2 ) ( 1 0 1 2 ( 1 - 0 3 2 ) = 5 0 9 3 x l 0 6 c= O 0 0 4 5 4x 04 2 x1 5 0 4 5 0 9 3 x l 0 6 = 0 2 0 m m = 1 5 ra m符合要求 4 混凝土浇筑临界速度值的确定 当箱涵腹部模板钢筋拉条 直径 、间距 等技 术参数 为定值 ， 钢筋拉条间距采用 0 7 5 rex 0 7 5 m时 ， 钢筋为 1 级钢筋 ， 直径 1 6 m m， 可计 算出混凝 土浇筑时 的临界速 度为 = 0 2 2 y do 8 2 V F拉 条 = F懊 l = 4 1 5 1 = Pe x O 7 5 x 0 7 5 x 1 3 8 ( 1 3 8 为安全 系数 ) P含 = 4 1 5 1 0 7 5 0 7 5 1 3 8 = 5 3 4 8 = 1 0 2 F l + 4 7 6 ( 由 3 2 倾倒混凝土产生 的水平侧压力 F 2 = 4 7 6 ) 1 0 2 = 5 34 8 - 4 7 6 = 4 8 7 2 4 7 7 7 = 0 2 2 x2 4 x 8 x1 2 x1 1 5 V o -s V= 0 6 7 m h 则混凝土浇筑临界速度为 0 6 7 m h 。 若浇筑速度超过 0 6 7 m h ，钢筋拉条将不能满足要 求 ， 混凝土浇筑将跑模、 变形 。 5 结论 a 混凝土浇筑速度应采用适 当值 。混凝土浇筑速度 对其钢模板侧压力值影响很大 ， 若浇筑速度大 ， 其模板侧 压力大 ， 浇筑速度慢 ， 则下层混凝土初凝前未能浇筑上层 混凝土， 就会出现冷缝 。 混凝土侧压力与浇筑速度的平方 根成正比， 若浇筑速度大 ， 工程进度加快 ， 则模板变形 、 支 撑材料和安装时间均要相应增加 ，所以混凝土浇筑速度 不宜太快 。 考虑混凝土的终凝时间 ， 混凝土浇筑速度亦不 宜太慢 ， 以不出现混凝土冷缝为宜。 因此 ， 混凝土浇筑时， 其浇筑速度应采用适当值 。 b 模板承受的水平侧压力应通过模板 的对拉螺栓 平衡 。混凝土跑模现象 主要是对模板承受 的侧压力没 有认真分析计算 ， 或平衡侧压力 的措施不 当， 采用 的对 拉螺栓直径小或钢筋拉条布置 间距过大而造成 的。模 板承 受 的水 平侧 压力应 通过模 板 的对拉 钢 筋螺栓 平 衡 。肓 目地增加支撑 ， 导致工程费用增大 ， 仍不可避免 跑模 现象的发生 。只有对模板承受 的侧压力进行认 真 分析 ， 并进行相应 的计算 ， 确定合理的混凝土浇筑速度 及 钢筋对拉螺栓 的间距 、 直径 、 钢筋等级 等技术参数 ， 才能避免混凝土跑模现象的发生 。该工程采用 平面大 型钢模板 ，对拉钢筋拉条布置 间距采用 0 7 5 rex 0 7 5 m， 钢筋 级别 为 I 级钢 ， 直径为 1 6 m m， 混凝 土的浇筑速度 采用 0 5 m h ，小于混凝 土浇筑的l 缶 界速度值 0 6 7 m h ， 在混凝土浇筑过 程中 ， 避免了混凝土跑模现象 的发生 ， 变相提高了经济效益。 c 该工程采用的大型钢模板， 截面特征值： 强度、 挠度 ， 必须根据纵横肋 的具 体位置 、 采用 的浇筑 速度 、 施工荷载的具体情况进行相关 的计算 ，一般施工手册 中查不到。 该工程所采用的平面大型钢模板 ，在混凝土浇筑速 度采用 0 5 m h时， 应对钢模板进行强度及挠度校核 ， 避免 混凝土浇筑时钢模板产生变形。