橋梁模板的設(shè)計(jì)(蔣緒鵬新)

1、橋梁模板的設(shè)計(jì)引言模板是新澆混凝土成型用的模型板, 模板系統(tǒng)由模板、支承件和緊固件組成。模板的作用就是使混凝土構(gòu)件按設(shè)計(jì)的形狀和尺寸澆筑成型;支承件和緊固件則是用來保持模板的空間設(shè)計(jì)位置。模板是混凝土構(gòu)件成型的一個(gè)十分重要的組成部分 , 因此模板的選材和構(gòu)造的合理性 , 以及模板制作和安裝的質(zhì)量 , 都直接影響混凝土結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量、工期及成本。有了高質(zhì)量的模板不一定能做出好的混凝土外觀，但是沒有高質(zhì)量的模板絕對做不出好的混凝土外觀。一、模板的基本要求1、質(zhì)量要求：保證工程結(jié)構(gòu)和構(gòu)件各部分形狀、尺寸和相互位置的正確， 接縫應(yīng)嚴(yán)密，不得漏漿。2、安全要求：具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，能可靠地承受

2、新澆混凝土的重量和側(cè)壓力以及施工過程中所產(chǎn)生的荷載。3、適用性要求：構(gòu)造簡單，設(shè)計(jì)合理，裝拆方便，能多次周轉(zhuǎn)使用。二、模板的分類1、按材料分類模板按所用的材料不同 , 分為木模板、鋼模板、膠合板模板、塑料模板、玻璃鋼模板、鋼木 ( 竹) 組合模板等。2、按結(jié)構(gòu)類型分類按結(jié)構(gòu)類型分類 , 模板可分為基礎(chǔ)模板、墩臺(tái)身模板、箱梁模板等。3、按施工方法分類拆移式模板在施工現(xiàn)場按照設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)形狀、 尺寸及空間位置 , 現(xiàn)場組裝 , 當(dāng)混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度后拆除模板 , 稍加清理和修理再周轉(zhuǎn)使用。常用的木模板和組合鋼模板以及大塊鋼模板等皆屬拆移式模板。活動(dòng)式模板組裝后隨著混凝土的澆筑 , 模板可沿垂直方

3、向或水平方向移動(dòng) , 直至工程結(jié)束才拆除 , 如滑升模板、提升模板等。4、按受力狀態(tài)分類按受力狀態(tài)分類 , 模板可分為承重模板和非承重模板（即只承受混凝土的側(cè)壓力） 。5、常用模板形式的優(yōu)缺點(diǎn)比較傳統(tǒng)的建筑模板應(yīng)該有兩種，一種是鋼模板，另外一種是木模板。鋼模 : 采用鋼板及型鋼等制成的模板。缺點(diǎn) : 重量大 , 價(jià)格高 , 使用時(shí)必須按鋼模模數(shù)來使用( 例如 : 相同尺寸才能通用 ) 。優(yōu)點(diǎn) : 周轉(zhuǎn)次數(shù)多，強(qiáng)度高，質(zhì)量好。1木模 : 用木材加工制成的模板。缺點(diǎn) : 周轉(zhuǎn)次數(shù)相對少 , 在加工的過程中有一定損耗。優(yōu)點(diǎn) : 重量相對較輕 , 價(jià)格相對便宜 , 使用時(shí)沒有模數(shù)的局限 , 可以按要求

4、進(jìn)行加工。三、模板的設(shè)計(jì)原則1、合理性要考慮在實(shí)際使用中的澆注工藝，是否適用和能否達(dá)到質(zhì)量要求，重點(diǎn)注意如下：1）鋼模板抗壓強(qiáng)度要足夠，不得低于實(shí)際抗彎強(qiáng)度的23 倍；2）盡量減少拼縫，在施工條件允許的情況下（吊裝能力、運(yùn)輸條件等）盡可能采用大塊模板，以減少現(xiàn)場裝拆工作量，利于加快施工。3）為防止?jié)B漿，兩模板拼接的連接部位應(yīng)設(shè)計(jì)成陰陽搭接形式。4）模板拼裝采用螺栓連接時(shí) , 要求連接孔的重合率為100%，并且最好設(shè)計(jì)成橢圓長孔（順模板方向），以方便調(diào)整。5）鋼模連接處設(shè)計(jì)時(shí)，宜設(shè)置一定數(shù)量的定位銷，利于模板拼縫錯(cuò)臺(tái)的控制。2、經(jīng)濟(jì)性模板設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，在保證模板足夠剛度和強(qiáng)度的前提下，合理選用材料

5、，不要盲目保守設(shè)計(jì)，增加成本。3、實(shí)用性設(shè)計(jì)時(shí)，還要考慮到便于運(yùn)輸和拆裝方便、工地作業(yè)環(huán)境、施工條件 ( 如吊裝起重設(shè)備等 ) 諸因素，最大限度的方便使用。4、標(biāo)準(zhǔn)化盡管各結(jié)構(gòu)物形狀各異，尺寸不一，但隨著任務(wù)量的增大，品種增多，仍可按主要斷面形狀、縱向形狀及尺寸范圍 ( 或幾種基本形狀 ) 進(jìn)行總體劃分歸類，采取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)模板與配節(jié)模板組合的方式使其滿足尺寸要求，達(dá)到施工目的，以減少模板投入。這就要求該類模板所用主要原材料、鋼板厚度、筋板厚度、筋板間距、連接孔距、孔端距等相對固定。四、模板設(shè)計(jì)步驟1、選型、選材，繪制總裝圖、細(xì)部構(gòu)造圖, 進(jìn)行初步設(shè)計(jì)；2、在計(jì)算荷載作用下驗(yàn)算強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性；3、編

6、制模板材料數(shù)量表；4、編制模板設(shè)計(jì)說明書，制定模板的安裝、使用、拆卸及保養(yǎng)等技術(shù)措施和注意事項(xiàng)。五、模板的設(shè)計(jì)依據(jù)（荷載計(jì)算）我們根據(jù)混凝土灌注時(shí)的模板的受力情況，計(jì)算出模板所受的壓力，將它作為以后的模板設(shè)計(jì)依據(jù)。（一）、荷載取值1. 模板及其支架自重標(biāo)準(zhǔn)值；2. 混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值；3. 施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值2計(jì)算模板及支撐模板的小楞時(shí)：均布活荷載2.5kN/m2，另以集中荷載 2.5kN 進(jìn)行驗(yàn)算，取兩者中較大的彎矩值；計(jì)算支撐小楞的構(gòu)件時(shí)：均布活荷載1.5kN/m2；計(jì)算支架立柱及其他支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)件：均布活荷載1.0kN/m2；4. 振搗混凝土產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值2對垂直模板（側(cè)模）：4.0

7、kN/m2對水平模板（底模）：2.0kN/m注：作用范圍在有效壓頭高度之內(nèi)（見下圖）圖混凝土側(cè)壓力的分布示意混凝土側(cè)壓力的分布可見圖：其中，有效壓頭高度hy，可按下列公式計(jì)算：hy = F/ cH 混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m ）。hy 有效壓頭高度（m ）。F新澆筑混凝土最大側(cè)壓力（KN/ m 2）。c混凝土的重力密度（kN/m3）。5.新澆筑混凝土對模板側(cè)面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值，可按下列二式計(jì)算，并取其最小值：F0.22ct012V1/ 2FcH式中F-新澆筑混凝土對模板的最大側(cè)壓力（2KN/m）。c-混凝土的重力密度（ kN/m3）。T計(jì)算。t0-h），當(dāng)缺乏實(shí)驗(yàn)資料時(shí)，

8、可采用 tT新澆混凝土的初凝時(shí)間（=200/( +15)混凝土的溫度（）。-CV混凝土的澆灌速度（）。-m/h）。H混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的總高度（-m1-外加劑影響修正系數(shù)， 不摻外加劑時(shí)取 1.0 ；摻緩凝外加劑取 1.2 。32-混凝土坍落度影響系數(shù)，當(dāng)坍落度小于100mm 時(shí)，取 1.10 ；不小于100mm，取 1.15 。6. 傾倒混凝土?xí)r沖擊產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值傾倒混凝土?xí)r對垂直模板產(chǎn)生的水平荷載按下表采用傾倒混凝土?xí)r沖擊產(chǎn)生的水平荷載向模板中供料方法水平荷載（ kPa）用溜槽串筒或?qū)Ч茌敵?.0用容量 0.2 及小于 0.2m3的運(yùn)輸器具傾倒2.0用容量大于 0

9、.2 至 0.8m3的運(yùn)輸器具傾倒4.0用容量大于 0.8m3的運(yùn)輸器具傾倒6.07. 其他可能產(chǎn)生的荷載：如雪荷載、冬季保溫設(shè)施荷載等。（二）、荷載組合計(jì)算模板、支架和拱架時(shí)應(yīng)按下表進(jìn)行荷載組合。模板、支架和拱架設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的荷載組合模板結(jié)構(gòu)的名稱梁、板和拱的底模板以及支承板、支架、拱等緣石、人行道、欄桿、柱、梁、板拱的側(cè)模板基礎(chǔ)、墩臺(tái)等厚大建筑物的側(cè)模板（三）、荷載分項(xiàng)系數(shù)荷載組合計(jì)算強(qiáng)度用驗(yàn)算剛度用1+2+3+4+71+2+74+555+65計(jì)算模板及其支架時(shí)的荷載設(shè)計(jì)值，應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值乘以相應(yīng)的荷載分項(xiàng)系數(shù)求得，荷載分項(xiàng)系數(shù)按下表采用：荷載分項(xiàng)系數(shù)項(xiàng)次荷載類別荷載分項(xiàng)系數(shù)1模板及支架自重2

10、新澆筑混凝土自重1.23施工人員及施工設(shè)備荷載1.44振搗混凝土產(chǎn)生的荷載5新澆筑混凝土對模板側(cè)面的壓力1.26傾倒混凝土?xí)r沖擊產(chǎn)生的水平荷載1.47其他可能產(chǎn)生的荷載4六、模板最大變形允許值模板結(jié)構(gòu)除必須保證足夠的承載能力外，還應(yīng)保證有足夠的剛度。因此，應(yīng)驗(yàn)算模板及其支架的撓度，其最大變形值不得超過下列允許值 :1、結(jié)構(gòu)表面外露 ( 不做裝修 ) 的模板，為模板構(gòu)件計(jì)算跨度的1/400 。2、結(jié)構(gòu)表面隱蔽 ( 做裝修 ) 的模板，為模板構(gòu)件計(jì)算跨度的1/250 。3、支架的壓縮變形值或彈性撓度，為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算跨度的1/1000 。當(dāng)梁板跨度 4m 時(shí)，模板應(yīng)按設(shè)計(jì)要求起拱； 如無設(shè)計(jì)要求，

11、 起拱高度宜為全長跨度的 1/1000 3/1000 ，鋼模板取小值 (1/1000 2/1000) 。4、組合鋼模板技術(shù)規(guī)范(GB50214-2001)規(guī)定 : 結(jié)構(gòu)允許撓度按下表執(zhí)行。模板結(jié)構(gòu)允許撓度名稱允許撓度 (mm)鋼模板的面板1.5單塊鋼模板1.5鋼楞L/500柱箍B/500桁架L/1000支承系統(tǒng)累計(jì)4.0注： L 為計(jì)算跨度， B 為柱寬。七、模板計(jì)算常用公式1、均布荷載q=F lq均布荷載值 (N/ );F模板板面的側(cè)壓力，當(dāng)計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，它是新澆混凝土的側(cè)壓力設(shè)計(jì)值與傾倒混凝土的荷載設(shè)計(jì)值之和；當(dāng)計(jì)算剛度時(shí)，它只是新澆混凝土側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值(N/2)；l 主（次）肋的間距，當(dāng)進(jìn)

12、行面板計(jì)算時(shí)為單位板寬（）。2 、矩形截面慣性矩I=bh3/12I彎矩平面內(nèi)截面慣性矩（4）b計(jì)算截面的寬度（ ）；5h計(jì)算截面的高度（ ）。3、矩形截面抵抗矩Wx=bh2/63Wx彎矩平面內(nèi)凈截面抵抗矩 ( );b計(jì)算截面的寬度（ ）；4、彎矩計(jì)算M2（簡支梁） ;= ql /8maxM2（懸臂梁）；= ql /2maxMmax=系數(shù)* ql2（連續(xù)梁）。Mmax最大計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值；q均布荷載值 (N/ );l 計(jì)算跨度 (mm)。5、強(qiáng)度計(jì)算MmaxmaxWxMmax最大計(jì)算彎矩設(shè)計(jì)值 (N m)；Wx彎矩平面內(nèi)凈截面抵抗矩( 3);2max最大正應(yīng)力(N/mm) 。6、撓度計(jì)算4fmax

13、= 5ql /384EI （簡支梁） ;4fmax= ql /8EI （懸臂梁）；fmax= 系數(shù) *ql4/100EI （連續(xù)梁）。fmax最大變形撓度值（）；q均布荷載值 (N/ );l 計(jì)算跨度（ ）；E鋼材的彈性模量 (2.06 105N/ 2) ；I 計(jì)算截面的慣性矩（ 4）。八、模板的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容1、面板、與面板直接連接的縱橫肋（次肋）及主梁（主肋）的強(qiáng)度與剛度計(jì)算。2、穿墻螺栓的強(qiáng)度。3、吊裝大模板鋼吊環(huán)的強(qiáng)度及焊縫強(qiáng)度。4、操作平臺(tái)懸挑三角架，平臺(tái)板及護(hù)身欄的強(qiáng)度與剛度。注：術(shù)語面板是直接承受澆筑混凝土的側(cè)壓力，具有一定的強(qiáng)度、剛度的板。肋用于支撐面板的邊龍骨（邊肋）和橫、豎龍

14、骨（主、次肋）。穿墻螺栓是承受混凝土側(cè)壓力，加強(qiáng)板面結(jié)構(gòu)的剛度、控制模板間距的重要配件，它把墻體兩側(cè)大模板連接為一體。6九、墩柱鋼模板設(shè)計(jì)計(jì)算書已知鋼模板面板厚度，主、次肋材料型號（即可查各計(jì)算單元的截面慣性矩I 、截面抵抗矩 W、截面面積 A、彈性模量 E 等相關(guān)計(jì)算資料），主、次肋間距設(shè)置，拉桿間距設(shè)置等。以及計(jì)算混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值的各項(xiàng)指標(biāo)和施工狀態(tài)。（一）荷載計(jì)算計(jì)算新澆筑混凝土對模板側(cè)面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值，按以下二式計(jì)算，并取其最小值。F0.22ct012V1/2FcH確定傾倒混凝土?xí)r沖擊產(chǎn)生的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值F1。根據(jù)荷載組合：計(jì)算強(qiáng)度時(shí) , Fs=1.2F+1.4F1；計(jì)算剛度時(shí)， Fb

15、=F。（二）鋼面板計(jì)算Wx=bh2/6 ，Ix=bh3/121、強(qiáng)度計(jì)算q= Fsl ，Mmax2maxWx=215N/mm按簡支梁計(jì)算時(shí)：Mmax= ql2/8按連續(xù)梁計(jì)算時(shí)：M =系數(shù) * ql2=0.1 ）（其系數(shù)根據(jù)連續(xù)梁跨數(shù)查表得，如三等跨連續(xù)梁系數(shù)max按雙向板計(jì)算時(shí)：2（系數(shù)根據(jù)短邊長與長邊長的比值，按三邊固定一邊簡支模式查表得，此時(shí) l 取短邊長）2、撓度計(jì)算q= Fbl按簡支梁計(jì)算時(shí)：4fmax= 5ql /384EI 1.5mm按連續(xù)梁計(jì)算時(shí)：fmax= 系數(shù) *ql4/100EI 1.5mm（其系數(shù)根據(jù)連續(xù)梁跨數(shù)查表得，如三等跨連續(xù)梁系數(shù) =0.677 ）按雙向板設(shè)計(jì)時(shí)（

16、三邊固定一邊簡支） ：fmax=系數(shù) ql4/K 1.5mm式中q均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值（N/）；7l計(jì)算面板的短邊長（ ）K板的剛度， K=E h3/12 （ 1 v2）；52其中： E鋼材的彈性模量取E=2.0610 (N/ ) ；h鋼板的厚度（ ）；Kf撓度計(jì)算系數(shù) ;fmax板的計(jì)算最大撓度。（三）主肋、次肋 ( 與面板直接連接 ) 計(jì)算1、強(qiáng)度計(jì)算Mmax2，Wx已知， q= Fslmaxf=215N/mmWx按簡支梁計(jì)算時(shí)：Mmax= ql2/8按連續(xù)梁計(jì)算時(shí)：Mmax=系數(shù) * ql2（其系數(shù)根據(jù)連續(xù)梁跨數(shù)查表得，如三等跨連續(xù)梁系數(shù)=0.1 ）按懸臂梁計(jì)算時(shí)：Mmax= ql2/2按外伸

17、梁計(jì)算時(shí)：Mmax=ql2/8 （ 1 42） ( : 懸臂部分長度與跨中部分長度之比，即=a/l)2、撓度計(jì)算q= Fbl按簡支梁計(jì)算時(shí)：fmax= 5ql4/384EI f=l/500按連續(xù)梁計(jì)算時(shí)：fmax= 系數(shù) *ql4/100EI f=l/500 （其系數(shù)根據(jù)連續(xù)梁跨數(shù)查表得，如三等跨連續(xù)梁系數(shù) =0.677 ）按懸臂梁計(jì)算時(shí)：fmax=ql4/8EI f=l/500按外伸梁計(jì)算時(shí)：fmax=ql4/384EI （5242）f=l/500(: 懸臂部分長度與跨中部分長度之比，即 =a/l)（四）、穿墻螺栓計(jì)算N=abFsNtbAnftbNtbN式中： N對拉螺栓最大軸力設(shè)計(jì)值;Nt

18、b對拉螺栓軸向拉力設(shè)計(jì)值，可查表;8a對拉螺栓橫向間距；b對拉螺栓縱向間距；Fs新澆砼和傾倒砼時(shí)作用于模板上的側(cè)壓力設(shè)計(jì)值； An對拉螺栓凈截面面積（ 2）ftb螺栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ( 穿墻螺栓 ftb= 170N/ 2, 用扁鋼帶 f=215N/ 2) 。（五）、吊環(huán)計(jì)算根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50010-2002）規(guī)定，吊環(huán)應(yīng)采用鋼筋制作，嚴(yán)禁使用冷加工鋼筋，吊環(huán)計(jì)算拉應(yīng)力不應(yīng)大于50 N/ 2。所以吊環(huán)截面積計(jì)算見下式：An=Px/ （250）= Px/100式中An吊環(huán)凈截面積（2）Px吊裝時(shí)吊環(huán)所承受的大模板自重荷載設(shè)計(jì)值，并乘以動(dòng)載系數(shù)1.3 。十、模板設(shè)計(jì)加工流程外加工模板流程：選定廠家簽訂模板加工合同廠家進(jìn)行模板設(shè)計(jì)施工單位進(jìn)行設(shè)計(jì)確認(rèn)廠家加工廠內(nèi)試拼、檢驗(yàn)?zāi)０暹\(yùn)輸現(xiàn)場試拼、調(diào)整投入使用自加工模板流程：根據(jù)施工圖進(jìn)行模板設(shè)計(jì)提供材料計(jì)劃材料采購模板加工、 檢驗(yàn)現(xiàn)場拼裝、投入使用十一、模板定制過程中應(yīng)注意的問題1、模板加工數(shù)量的確定。2、模板設(shè)計(jì)的優(yōu)化。3、模板定制前應(yīng)對擬選用的廠家進(jìn)行考察，主要包括：生產(chǎn)能力和在手任務(wù)情況，是否能夠滿足模板供應(yīng)時(shí)間；主要設(shè)備配置情況，包括剪板機(jī)、銑邊機(jī)、槽鋼調(diào)直機(jī)、沖床、車床、沖剪機(jī)、液壓調(diào)平工作臺(tái)、模板切割機(jī)等機(jī)械設(shè)備的配備等；廠家的資質(zhì)以及已有的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，例如是否有加工類似模