淺談混凝土施工模板結構體系

1、淺談混凝土施工模板結構體系摘要：介紹了混凝土施工模板結構體系的穩(wěn)定分析以及安裝控制要點。關鍵詞：混凝土施工；模板結構體系；穩(wěn)定分析；加固支撐安裝混凝土結構是目前建筑結構的最主要形式，模板工程在建造這些結構構件時有著不可替代的作用。在土建工程中，普通結構的模板工程根據(jù)成本占到工程結構總成本20%左右，有些高凈空大跨度工程的模板工程占到工程結構的近三分之一；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，大跨度、高凈空混凝土結構大量出現(xiàn)，模板及其支架的施工難度越來越大，成本及安全問題也受到越來越多的重視。 本文重點論述模板設計中的穩(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)澆混凝土應用十分普遍,如公共建筑中的超高門廳、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和箱梁等。在這些結構工程施工中,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、剪刀撐組成的一個整體。當其中一根桿件發(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,應當綜合考慮桿件之間的相互約束作用。 這種約束作用必須對結構進行整體分析方可確定,這就是結構穩(wěn)定的整體性問題。 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)定性與整個體系的關系,存在以下三點定性的規(guī)律: (1)與計算壓桿直接相連接的桿件對計算桿的約束作用大,而相距越遠的桿件約束作用越小。 (2)相連桿件約束作用的大小,取決于它的線剛度EI/和內(nèi)力性質。從內(nèi)力性質來說,由于桿件受壓時彎曲剛度將減弱,桿件受拉時會使彎曲剛度增大,所以拉桿所起的約束作用比壓桿要大許多;當內(nèi)力性質相同時,線剛度大的約束作用大, 反之則小。 (3) 設計中穩(wěn)定承載力未充分利用的立桿對失穩(wěn)立桿存在約束作用。 分析上述基本規(guī)律可見,要準確分析某一立桿的穩(wěn)定性是十分困難的。同時,排除水平桿和剪刀撐的作用也是不合理,但要準

4、確確定其作用大小很難做到。 這就要尋求一個相對簡化,同時又能較好反映各桿件共同作用的力學模型。 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向支撐,同時也有調節(jié)各立桿軸力的作用,使軸力較大、變形較大的立桿內(nèi)力通過水平桿傳遞給周圍立桿,避免過早屈曲,提高了支撐體系的整體穩(wěn)定性。同時,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,其中必有一個節(jié)間受壓最大。當荷載增加到一定程度時,壓桿在該節(jié)間可能首先屈曲,并帶動相連的水平桿或剪刀撐隨同變形,這一現(xiàn)象顯示出結構失穩(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,可以通過簡化的力學模型來模擬立桿的整體受力特點。 水平桿和剪刀撐對立桿的約束作用可以彈性支座來模擬。 1.3 多節(jié)間連續(xù)壓桿的彈性屈曲分析 對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 有多個彈性支座的多節(jié)間連續(xù)壓桿 對這種屈曲桿長度范圍內(nèi)包括不少于三個支座的情況,可以用連續(xù)的彈性介質來代替多個彈性支座。設每個支座的彈簧剛度相等且為K,為支座的間距,則等效彈性介質的剛度(它表示當撓度為1單位時,桿每單位長度內(nèi)的基礎反力的大小)為 = K/ (1)

6、壓桿屈曲撓度曲線用級數(shù)式來表示為 (2) 根據(jù)能量法可得臨界荷載的表達式為 (3) 要使式(3)的值最小, 可取三角級數(shù)系數(shù)中任一項不為零其余系數(shù)均為零, 這表示立桿的撓度曲線為一簡單的正弦曲線。 若取三角級數(shù)系數(shù)am 為不等于零的系數(shù),可得撓度曲線為 (4) 對應臨界荷載為 (5) 式中:m 為整數(shù),代表立桿屈曲時形成的正弦半波的個數(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彈簧支座的多節(jié)間連續(xù)壓桿模型來模擬扣件式鋼管模板高支撐架整體受力特點,先用能量法進行求解分析,為了便于比較,再運用大型通用有限元程序ANSYS對該模型進行求解

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際鋼管相同。用combin14來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程基本一致,但是需要激活預應力影響PSTRES,彈性屈曲分析需要計算應力剛度矩陣。 通過屈曲分析所計算出特征值代表屈曲荷載分數(shù),荷載分數(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角

8、線。 (2)安裝柱箍: 柱箍應根據(jù)柱模尺寸、側壓力的大小等因素進行選擇, 柱箍間距為500mm,并且要釘牢,對拉螺栓間距為500mm,以防脹模、漏漿、混凝土不密實, 或蜂窩麻面。 (3)成排柱模支撐時,應先立兩端柱模,校直與復核位置無誤后,頂部拉通長線, 再立中間柱模。 (4)四周斜撐要牢固,以防柱子偏斜,柱身扭曲。柱模每邊設兩根立桿, 立桿規(guī)格為60mm90mm,固定于事先預埋的鋼筋頭上,用經(jīng)緯儀控制,用花籃螺栓調節(jié)校正模板垂直度,拉桿與地面宜為45,預埋鋼筋與柱距宜為3/4柱高。 (5)在柱子的主筋上綁好砂漿墊塊, 確保柱子的保護層厚度。 (6)為了保證柱子位置準確,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,辦理預檢,清掃口宜設在柱根部,且對邊各留一個。 2.2 剪刀墻模板安裝: (1)按位置線安裝門洞模板,下預埋件或木磚; (2)把一面模板按位置線就位, 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, 再安裝另一側模板,調整斜撐,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、角縫宜設于木方和膠合板所形成的企口位置, 以防漏漿和錯臺,

10、墻模板的水平縫背面應加木方拼接。 (5)防止墻根部漏漿, 造成爛根和模板無法拆除, 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密。 (7)防止墻體混凝土厚度不一致, 墻體上口過大, 墻身放線應準確, 誤差控制在允許偏差內(nèi), 模板就位要認真, 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)一層立支柱前應將地面夯實并墊通長腳手板, 支柱下不能用紅

11、磚墊, 應用木楔墊, 支柱應垂直, 上下層支柱應在同一豎向中心線上; (3)支柱安裝從邊跨一側開始, 依次逐排向另一側進行, 同時拉通線調節(jié)支柱高度,將大龍骨找平,架設小龍骨; (4)鋪模板時可以從四周鋪起, 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, 用水準儀測量模板標高, 進行校正, 并用靠尺找平; (6)標高校完后, 支柱間應加水平拉桿。第一道拉桿離地面200300mm, 往上縱橫方向1600mm設一道; (7)跨度大于或等于4m的板, 模板起拱高度為跨度的1/10003/1000, 固定在模板上的預埋件、預留洞口均不得遺漏, 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, 應對基土整平夯實, 并加木墊板, 支柱間距一般為6001000mm。支柱下不得用紅磚墊, 應用木楔墊, 支柱之間應設剪刀撐和水平拉桿。 (2)按設計標高調整支柱的標高, 然后安裝梁底模板, 并拉線找平; 梁跨度大于或等于4m時, 跨中梁底處應按梁跨度的1/10003/1000起拱,主次梁交接時先主梁起拱, 后次梁起拱。 (3)用三角支撐固定梁側模板, 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:當梁高超過600mm時,加