淺談混凝土施工模板結(jié)構(gòu)體系

1、淺談混凝土施工模板結(jié)構(gòu)體系摘要：介紹了混凝土施工模板結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定分析以及安裝控制要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：混凝土施工；模板結(jié)構(gòu)體系；穩(wěn)定分析；加固支撐安裝混凝土結(jié)構(gòu)是目前建筑結(jié)構(gòu)的最主要形式，模板工程在建造這些結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)有著不可替代的作用。在土建工程中，普通結(jié)構(gòu)的模板工程根據(jù)成本占到工程結(jié)構(gòu)總成本20%左右，有些高凈空大跨度工程的模板工程占到工程結(jié)構(gòu)的近三分之一；模板坍塌造成的傷亡事故在建筑施工事故中也占很大份額。近年來(lái)，大跨度、高凈空混凝土結(jié)構(gòu)大量出現(xiàn)，模板及其支架的施工難度越來(lái)越大，成本及安全問(wèn)題也受到越來(lái)越多的重視。 本文重點(diǎn)論述模板設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定分析和模板施工中的模板加固支撐安裝。 一 模板穩(wěn)定分

2、析 隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的高速發(fā)展,多高層建筑的數(shù)量與日俱增,跨度及層高較大的現(xiàn)澆混凝土應(yīng)用十分普遍,如公共建筑中的超高門(mén)廳、共享空間和多功能廳等頂部樓蓋大跨度混凝土梁板,還有交通工程中的各種大跨度連續(xù)梁橋、城市高架橋的混凝土墩臺(tái)和箱梁等。在這些結(jié)構(gòu)工程施工中,扣件式鋼管支撐架是最常用的支撐體系。 1.1 高支撐架整體穩(wěn)定分析原理 模板支撐體系是由立桿、水平桿、剪刀撐組成的一個(gè)整體。當(dāng)其中一根桿件發(fā)生失穩(wěn),必然影響與之相連接的其它桿件。因此,桿件的穩(wěn)定性不能就某一根桿件去孤立地分析,應(yīng)當(dāng)綜合考慮桿件之間的相互約束作用。 這種約束作用必須對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析方可確定,這就是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的整體性問(wèn)題。 高支撐架

3、是由多根立桿和許多水平桿組成的龐大桿件體系,其中單根立桿的穩(wěn)定性與整個(gè)體系的關(guān)系,存在以下三點(diǎn)定性的規(guī)律: (1)與計(jì)算壓桿直接相連接的桿件對(duì)計(jì)算桿的約束作用大,而相距越遠(yuǎn)的桿件約束作用越小。 (2)相連桿件約束作用的大小,取決于它的線(xiàn)剛度EI/和內(nèi)力性質(zhì)。從內(nèi)力性質(zhì)來(lái)說(shuō),由于桿件受壓時(shí)彎曲剛度將減弱,桿件受拉時(shí)會(huì)使彎曲剛度增大,所以拉桿所起的約束作用比壓桿要大許多;當(dāng)內(nèi)力性質(zhì)相同時(shí),線(xiàn)剛度大的約束作用大, 反之則小。 (3) 設(shè)計(jì)中穩(wěn)定承載力未充分利用的立桿對(duì)失穩(wěn)立桿存在約束作用。 分析上述基本規(guī)律可見(jiàn),要準(zhǔn)確分析某一立桿的穩(wěn)定性是十分困難的。同時(shí),排除水平桿和剪刀撐的作用也是不合理,但要準(zhǔn)

4、確確定其作用大小很難做到。 這就要尋求一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)化,同時(shí)又能較好反映各桿件共同作用的力學(xué)模型。 1.2 高支撐架整體穩(wěn)定理論分析模型 在模板高支撐體系中,立桿為多點(diǎn)支撐的連續(xù)壓桿,水平桿和剪刀撐的功能是為立桿提供側(cè)向支撐,同時(shí)也有調(diào)節(jié)各立桿軸力的作用,使軸力較大、變形較大的立桿內(nèi)力通過(guò)水平桿傳遞給周?chē)U,避免過(guò)早屈曲,提高了支撐體系的整體穩(wěn)定性。同時(shí),由于各層水平桿與同一立桿相互傳力狀況并不一樣,即使忽略節(jié)間的彎矩影響后,同一立桿各節(jié)間軸向壓力的大小不等,其中必有一個(gè)節(jié)間受壓最大。當(dāng)荷載增加到一定程度時(shí),壓桿在該節(jié)間可能首先屈曲,并帶動(dòng)相連的水平桿或剪刀撐隨同變形,這一現(xiàn)象顯示出結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的整

5、體特征。整體作用的存在,立桿的屈曲臨界力將大于兩端鉸接受壓桿的臨界力。根據(jù)立桿和水平桿整體受力的特點(diǎn),可以通過(guò)簡(jiǎn)化的力學(xué)模型來(lái)模擬立桿的整體受力特點(diǎn)。 水平桿和剪刀撐對(duì)立桿的約束作用可以彈性支座來(lái)模擬。 1.3 多節(jié)間連續(xù)壓桿的彈性屈曲分析 對(duì)于等跨等軸壓等彈簧剛度的軸壓桿,如圖1所示的連續(xù)壓桿承受軸力P,各節(jié)間軸力均為P。 圖1 有多個(gè)彈性支座的多節(jié)間連續(xù)壓桿 對(duì)這種屈曲桿長(zhǎng)度范圍內(nèi)包括不少于三個(gè)支座的情況,可以用連續(xù)的彈性介質(zhì)來(lái)代替多個(gè)彈性支座。設(shè)每個(gè)支座的彈簧剛度相等且為K,為支座的間距,則等效彈性介質(zhì)的剛度(它表示當(dāng)撓度為1單位時(shí),桿每單位長(zhǎng)度內(nèi)的基礎(chǔ)反力的大小)為 = K/ (1)

6、壓桿屈曲撓度曲線(xiàn)用級(jí)數(shù)式來(lái)表示為 (2) 根據(jù)能量法可得臨界荷載的表達(dá)式為 (3) 要使式(3)的值最小, 可取三角級(jí)數(shù)系數(shù)中任一項(xiàng)不為零其余系數(shù)均為零, 這表示立桿的撓度曲線(xiàn)為一簡(jiǎn)單的正弦曲線(xiàn)。 若取三角級(jí)數(shù)系數(shù)am 為不等于零的系數(shù),可得撓度曲線(xiàn)為 (4) 對(duì)應(yīng)臨界荷載為 (5) 式中:m 為整數(shù),代表立桿屈曲時(shí)形成的正弦半波的個(gè)數(shù); P 的最小值由m 和其他參數(shù)共同決定。 1.4 模板高支撐體系有限元彈性屈曲分析 以上討論了用有多個(gè)彈簧支座的多節(jié)間連續(xù)壓桿模型來(lái)模擬扣件式鋼管模板高支撐架整體受力特點(diǎn),先用能量法進(jìn)行求解分析,為了便于比較,再運(yùn)用大型通用有限元程序ANSYS對(duì)該模型進(jìn)行求解

7、分析。 (1)建立模型。在ANSYS有限元模型中,用beam3 單元模擬鋼管,beam3單元的材料屬性和截面特性取與實(shí)際鋼管相同。用combin14來(lái)模擬彈簧支座的作用,彈簧剛度的可以不同。 (2) 獲得靜力解。 該步驟與一般靜力分析過(guò)程基本一致,但是需要激活預(yù)應(yīng)力影響PSTRES,彈性屈曲分析需要計(jì)算應(yīng)力剛度矩陣。 通過(guò)屈曲分析所計(jì)算出特征值代表屈曲荷載分?jǐn)?shù),荷載分?jǐn)?shù)就代表了彈性屈曲荷載。 (3) 獲得彈性屈曲解。 二 模板加固支撐安裝 2.1 柱模板安裝: (1)按圖紙尺寸制作柱模板后,按放線(xiàn)位置釘好壓腳板(鋼模板采用海棉膠條)，再安裝柱模板, 兩垂直方向加斜拉頂撐, 校正垂直度及柱頂對(duì)角

8、線(xiàn)。 (2)安裝柱箍: 柱箍應(yīng)根據(jù)柱模尺寸、側(cè)壓力的大小等因素進(jìn)行選擇, 柱箍間距為500mm,并且要釘牢,對(duì)拉螺栓間距為500mm,以防脹模、漏漿、混凝土不密實(shí), 或蜂窩麻面。 (3)成排柱模支撐時(shí),應(yīng)先立兩端柱模,校直與復(fù)核位置無(wú)誤后,頂部拉通長(zhǎng)線(xiàn), 再立中間柱模。 (4)四周斜撐要牢固,以防柱子偏斜,柱身扭曲。柱模每邊設(shè)兩根立桿, 立桿規(guī)格為60mm90mm,固定于事先預(yù)埋的鋼筋頭上,用經(jīng)緯儀控制,用花籃螺栓調(diào)節(jié)校正模板垂直度,拉桿與地面宜為45,預(yù)埋鋼筋與柱距宜為3/4柱高。 (5)在柱子的主筋上綁好砂漿墊塊, 確保柱子的保護(hù)層厚度。 (6)為了保證柱子位置準(zhǔn)確,防止柱子根部脹模, 在

9、柱子根部主筋焊上與柱 等寬的12鋼筋,間距為1m,從內(nèi)部頂住模板。 (7)將柱模內(nèi)清理干凈,封閉清理口,辦理預(yù)檢,清掃口宜設(shè)在柱根部,且對(duì)邊各留一個(gè)。 2.2 剪刀墻模板安裝: (1)按位置線(xiàn)安裝門(mén)洞模板,下預(yù)埋件或木磚; (2)把一面模板按位置線(xiàn)就位, 然后安裝拉桿或斜撐, 安裝塑料套管和穿墻螺栓, 螺栓為M12,間距為300mm450mm,以保證剪力墻幾何尺寸, 清掃墻內(nèi)雜物, 再安裝另一側(cè)模板,調(diào)整斜撐,使模板垂直后(用經(jīng)緯儀控制),擰緊穿墻螺栓。 (3)墻模板用木方作為豎肋, 雙根4.83.5鋼管作水平背楞。 (4)墻模板立縫、角縫宜設(shè)于木方和膠合板所形成的企口位置, 以防漏漿和錯(cuò)臺(tái),

10、墻模板的水平縫背面應(yīng)加木方拼接。 (5)防止墻根部漏漿, 造成爛根和模板無(wú)法拆除, 在墻模根部用砂漿抹寬、高不小于50mm的八字形。 (6)模板安裝完畢后, 檢查螺栓等是否緊固, 模板拼縫及下口是否嚴(yán)密。 (7)防止墻體混凝土厚度不一致, 墻體上口過(guò)大, 墻身放線(xiàn)應(yīng)準(zhǔn)確, 誤差控制在允許偏差內(nèi), 模板就位要認(rèn)真, 穿墻螺栓要齊, 并且擰緊, 墻模上口卡具要齊全,卡緊。 2.3 現(xiàn)澆板的模板安裝: (1)根據(jù)模板的排列圖架設(shè)支柱和龍骨,支柱間距一般為8001200mm, 大龍骨間距為6001200mm,小龍骨間距為300600mm; (2)一層立支柱前應(yīng)將地面夯實(shí)并墊通長(zhǎng)腳手板, 支柱下不能用紅

11、磚墊, 應(yīng)用木楔墊, 支柱應(yīng)垂直, 上下層支柱應(yīng)在同一豎向中心線(xiàn)上; (3)支柱安裝從邊跨一側(cè)開(kāi)始, 依次逐排向另一側(cè)進(jìn)行, 同時(shí)拉通線(xiàn)調(diào)節(jié)支柱高度,將大龍骨找平,架設(shè)小龍骨; (4)鋪模板時(shí)可以從四周鋪起, 在中間收口,板、梁和柱頭交接處加粘海綿條, 防止漏漿; (5)模板安裝完后, 用水準(zhǔn)儀測(cè)量模板標(biāo)高, 進(jìn)行校正, 并用靠尺找平; (6)標(biāo)高校完后, 支柱間應(yīng)加水平拉桿。第一道拉桿離地面200300mm, 往上縱橫方向1600mm設(shè)一道; (7)跨度大于或等于4m的板, 模板起拱高度為跨度的1/10003/1000, 固定在模板上的預(yù)埋件、預(yù)留洞口均不得遺漏, 不得在安裝好的模板上打洞。 2.4 梁模板安裝: (1)梁下支柱支承在基土面上時(shí), 應(yīng)對(duì)基土整平夯實(shí), 并加木墊板, 支柱間距一般為6001000mm。支柱下不得用紅磚墊, 應(yīng)用木楔墊, 支柱之間應(yīng)設(shè)剪刀撐和水平拉桿。 (2)按設(shè)計(jì)標(biāo)高調(diào)整支柱的標(biāo)高, 然后安裝梁底模板, 并拉線(xiàn)找平; 梁跨度大于或等于4m時(shí), 跨中梁底處應(yīng)按梁跨度的1/10003/1000起拱,主次梁交接時(shí)先主梁起拱, 后次梁起拱。 (3)用三角支撐固定梁側(cè)模板, 一般為邊模包底模, 龍骨間距為750mm, 梁模板上口用卡子固定牢固,卡子間距為:當(dāng)梁高超過(guò)600mm時(shí),加