組合鋼模板體系的優(yōu)化

黃抒琳

摘 要：組合鋼模板目前在水利水電建設(shè)中的通用性較強(qiáng)，為了加快施工速度，提高混凝土表面質(zhì)量，采用大面板、模板豎拼裝的形式，通過對組合鋼模板體系的優(yōu)化來保證模板在力學(xué)結(jié)構(gòu)上的要求。

關(guān)鍵詞：組合鋼模板；水利水電施工；優(yōu)化

1. 概述

模板工程在水利水電建筑現(xiàn)澆混凝土工程中占有重要的位置，費(fèi)用約占混凝土總造價(jià)的15～20％。近幾年來，模板工程有了很大的變化，對加快水利水電建設(shè)施工速度、保證施工質(zhì)量、節(jié)約木材和降低模板成本，均起到了很大的作用。隨著我國水利水電建筑的不斷發(fā)展，對工程質(zhì)量要求越來越高，一方面混凝土工程要具有優(yōu)良的內(nèi)部質(zhì)量，另一方面混凝土表面要整潔、光滑美觀，這對模板技術(shù)提出了更高的要求。

組合鋼模板在模板的工具化、定型化方面的的通用性較強(qiáng)，是目前使用較廣泛的一種通用性組合模板。組合鋼模板的部件主要由鋼模板、連接件和支承件三部分組成，平面模板的規(guī)格最大尺寸為300mm×1500mm×55mm。為了使水利水電工程能高質(zhì)量、高速度、高效率地完成，我們在實(shí)踐采用的組合鋼模板體系改變傳統(tǒng)體系的做法，采取大面板（600mm×1500mm×55mm）、模板豎拼裝的形式。這種做法在混凝土外觀上取得了較好的效果，但在力學(xué)結(jié)構(gòu)和細(xì)部上存在欠缺的地方。為了使大面板模板具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能夠承受新澆混凝土的重量和側(cè)壓力，以及各種施工荷載，需要對體系進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。

2. 組合鋼模板體系的優(yōu)化

2.1 支承系統(tǒng)的鋼楞用雙拼方鋼(2□80mm×40mm×2.0mm)代替雙拼圓鋼管(2φ48mm×3.5mm)

支承系統(tǒng)中的鋼楞主要用于支承鋼模板并加強(qiáng)其整體剛度。內(nèi)鋼楞與鋼模板的長度方向相垂直，直接承受鋼模板傳來的荷載，外鋼楞與內(nèi)鋼楞垂直，承受內(nèi)鋼楞傳來的荷載。鋼楞的選擇直接影響到整個(gè)體系性能，下面將這兩者的規(guī)格和力學(xué)性能列于表1。

表1

從表1我們可以得出這樣的結(jié)論：

1. 從技術(shù)角度看，雙拼方鋼的截面慣性矩I 和截面最小抵抗矩W 均大于雙拼圓鋼管；

2. 從經(jīng)濟(jì)角度看，雙拼方鋼每米重量比雙拼圓鋼管輕；

3. 從施工角度看，雙拼方鋼重量輕有利于高空作業(yè)，同時(shí)由于剛度好不易發(fā)生彎曲變形。

通過上面的比較，我們認(rèn)為雙拼方鋼(2□80mm×40mm×2.0mm)優(yōu)于雙拼圓鋼管(2φ48mm×3.5mm)。

雙拼方鋼拼接時(shí)拼縫不能太寬，若拼縫太寬，則由于孔口應(yīng)力集中區(qū)加大會(huì)影響螺栓墊片強(qiáng)度的正常發(fā)揮，造成螺栓墊片凹陷變形，致使模板變形破壞，造成工程事故。目前普遍采用規(guī)格為100mm×80mm×10mm的鋼墊片，螺栓直徑為φ16mm。這樣拼縫寬比16mm稍大即可，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用φ20mm的鋼筋來進(jìn)行拼接。

2.2 對拉螺栓位置的優(yōu)化選擇

對拉螺栓的作用是連接內(nèi)、外模板，保持內(nèi)、外模板的間距，承受新澆混凝土的側(cè)壓力和其他荷載，使模板具有足夠的剛度和強(qiáng)度。對拉螺栓位置的布置直接影響到組合鋼模板體系中各種材料性能的發(fā)揮，我們在布置時(shí)既要做到技術(shù)上可行，同時(shí)又節(jié)省材料降低成本。

根據(jù)力學(xué)模型的計(jì)算的現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，對拉螺栓的豎向位置宜布置在距離每塊模板上邊和下邊各350mm的地方，橫向螺栓位置間距為1200mm，如圖1為優(yōu)化后的平面模板簡圖。這樣布置使模板的整體力學(xué)性能得到充分的發(fā)揮，而且能使壓力均勻分布，體系整體受力效果較好；由于橫向間距比現(xiàn)有間距600mm增大一倍，可以節(jié)省一半的對拉螺栓和一半的外鋼楞，同時(shí)簡化施工，加快了工程進(jìn)度。

2.3 扁鐵代替穿墻部分螺栓

對拉螺栓穿過模板，一方面給拆模帶來困難，后期螺栓的割除切補(bǔ)也極不方便，費(fèi)時(shí)費(fèi)工；另一方面還會(huì)給混凝土面留下“疤痕”，影響外觀。

用扁鐵代替穿墻部分螺栓可以克服以上的不利影響，扁鐵的規(guī)格常用40mm×200mm×3.0mm。它夾在模板的拼縫中，經(jīng)砂輪深層割除，高強(qiáng)混凝土修補(bǔ)后隱藏在板縫中還會(huì)留下任何明顯痕跡，給混凝土的外觀帶來較好的效果。

2.4 組合鋼模板體系的優(yōu)化計(jì)算

下面對圖1進(jìn)行力學(xué)分析，驗(yàn)證其可行性。

2.4.1內(nèi)鋼楞（2□80mm×40mm×2.0mm）的結(jié)構(gòu)計(jì)算

2.4.1.1 強(qiáng)度驗(yàn)算

（1） 荷載計(jì)算

新澆混凝土側(cè)壓力F1＝24.73KN/m2

混凝土傾倒產(chǎn)生的側(cè)壓力F2＝2.8KN/m2

側(cè)壓力合力F＝F1＋F2＝27.53 KN/m2

如圖1，每一單元內(nèi)鋼楞承受來自1200mm×750mm鋼模板傳來的側(cè)壓力，將F轉(zhuǎn)化為對內(nèi)鋼楞的均布荷載（調(diào)整系數(shù)取0.85）：

q＝0.85×27.53×0.75＝17.55 KN/m

（2）強(qiáng)度驗(yàn)算

跨中彎矩M＝ql2＝×17.55×1.22＝3.16×106 N·mm

由表1，內(nèi)鋼楞的截面最小抵抗矩 Wx＝18.56×103 mm3

內(nèi)鋼楞的最大應(yīng)力＝ ＝169.72N/mm2＜［ ］=210N/mm2滿足強(qiáng)度要求。

2.4.1.2剛度驗(yàn)算

這里只需驗(yàn)算鋼模板的剛度。

荷載q＝0.85×24.73＝21.02KN/m

慣性矩Ix＝2×26.97×104mm4

彈性模量E＝2.1×105 N/mm2

撓度＝ = ＝0.313mm

＜［ ］＝1.5mm

滿足剛度要求。

2.4.2外鋼楞與內(nèi)鋼楞同一規(guī)格，支座的最大反力為：

Rmax＝0.85×27.53×1.2×0.75＝21.06KN

2.4.3對拉螺栓選用?椎16mm圓鋼，其容許拉力為24.5KN，大于21.06KN，所以?椎16mm圓鋼能滿足體系對拉螺栓的要求。

通過計(jì)算，優(yōu)化后的組合鋼模板體系是可行的。

4. 施工注意事項(xiàng)

優(yōu)化后的組合鋼模板體系在制作和施工時(shí)除了要符合國家標(biāo)準(zhǔn)《組合鋼模板技術(shù)規(guī)范》外，還要注意以下事項(xiàng)：

（1）雙拼方鋼的長度以3m～4m為最佳，適當(dāng)情況下也可稍稍加長，拼接時(shí)一定分注意連接鋼筋與方鋼的焊接質(zhì)量；

（2） 模板提升時(shí)，上、下層外鋼楞間必須有足夠的搭接長度，搭接長度約50cm。否則，應(yīng)設(shè)置短鋼楞以保證其整體剛度；

（3） 由于扁鐵較薄，在螺栓和扁鐵焊接時(shí)，一定要注意調(diào)節(jié)好焊接電流的大小，各項(xiàng)指標(biāo)均要達(dá)到規(guī)范要求，其焊接長度不得小于50cm。對有防滲要求的結(jié)構(gòu)必須在螺栓上設(shè)置截水環(huán)。

5． 結(jié)語

采用大模板、模板豎拼裝的形式可以加快施工速度，提高混凝土的外觀質(zhì)量，通過對組合鋼模板體系的優(yōu)化能保證混凝土的內(nèi)部質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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