大跨径建筑物滑模模板设计论文_王岩

摘要：液压滑模施工技术以速度快、造价低、安全系数高、施工质量好的技术优势，在垂直高度较大的结构物施工中得到广泛应用。本文对重庆两江燃机电厂取水泵房筒体滑模模板设计进行了阐述，可为类似工程施工提供参考和借鉴。

关键词：大跨径；滑模；模板设计

1 工程概况

华能重庆两江燃机电厂取水泵房位于嘉陵江岸边，泵房与取水头部用引水钢管连接。泵房下部为圆筒形结构，外径21m，内径18m，底板厚3.0米，筒壁厚度1.5米，筒壁内有滤网槽、横隔墙、纵隔墙、电梯井等，泵房筒体采用液压滑模整体提升技术进行施工。

2 滑升模板构成

滑升模板主要由模板、围圈、支撑杆、千斤顶、顶架、操作平台和吊架等构成，支撑杆和提升设备承受全部施工荷载。

2.1模板

固定在围圈上，沿着所施工的混凝土结构截面的周界组配，并随着混凝土的浇注由千斤顶带动向上滑升。

2.2围圈

在模板的外侧，按墩身断面形状上、下共设置8道闭合围圈，间距为300mm，上围圈距模板上口距离为20mm，围圈有一定的强度和刚度，分别支承在千斤顶架的立柱上。

2.3支撑杆

支撑杆采用直径48mm、壁厚3.5mm的圆管制作，一端埋置于墩身混凝土中，一端穿千斤顶的心孔，作为千斤顶的支承杆承受施工过程中的全部荷载。

2.4液压千斤顶

滑升用千斤顶型号为QYD-100型，承受全部荷载。

2.5顶架

千斤顶架悬挂在液压千斤顶上，用以固定围圈和保持围圈的几何形状，承受整个模板和操作平台的全部荷载，并传递给支承杆，随千斤顶向上滑升。

2.6操作平台

施工人员操作场所，支承在围圈上，由桁架、铺板组成，其外侧设置防护栏杆及安全网。

2.7吊架

吊架悬挂在围圈上，主要用于检查混凝土的质量、检修模板、混凝土表面修饰和洒水养护等工作。

3 取水泵房筒体滑模设计

3.1 设计思路

滑模采用外径21m，内径18m的圆形桁架梁作为模板的围圈。

桁架梁主梁采用∠100×10角钢，腹杆采用∠63×10角钢。

模板采用δ＝10mm钢板，模板高度为1.5m。

顶架采用“开”字型提升架，“开”字型提升架主梁采用 I20a工字钢，高度为3m。

提升动力：采用28个QYD-100型穿心式千斤顶。

支承杆采用直径48mm、壁厚3.5mm的钢管。

为了便于脱模后进行砼养护及缺陷修补，在桁架梁下端吊挂一辅助平台，平台采用∠63×10角钢焊制，平台宽100cm，铺δ=5cm木板，外侧焊接围栏，以确保施工人员安全。

3.2 模板体系检算

3.2.1、设计参数

⑴T=4.5h，V=0.3m/h。

⑵围圈材料选用角钢∠100×10，内、外每侧设置4道，共8道；角钢∠63×10做加劲肋。

⑶提升架采用I20a工字钢，环向间距为4.4m，高×宽=2.2m×1.5m；

⑷支撑杆采用Φ48×3.5mm无缝钢管；

⑸千斤顶采用QYD-100型，起重能力10t。

3.2.2、各构件计算书

3.2.2.1模板高度计算

模板高度根据混凝土达到出模强度所需时间和模板滑升速度计算：

H=T×V

其中：H——模板高度（m）；

T——混凝土达到出模强度所需时间（h）；

V——模板滑升速度（m/h）。

在本工程中，混凝土在达到滑升强度的时间须接近混凝土终凝时间，采用4.5h，滑升速度取0.3m/h，故：

H=4.5×0.3=1.35m

根据本工程实际需要，取值为1.5m，模板厚度5cm。

3.2.2.2、围圈计算

围圈是滑模系统中的横向支撑，沿结构物的周长设置，上下、内外共设置8道。

本工程围圈采用10#槽钢制成。模板固定在围圈上，同时承受水平荷载（混凝土的侧压力、冲击力、风力）和垂直荷载（模板和围圈的自重及摩阻力）。

围圈的计算可按照三跨连续梁支撑在提升架上考虑，由于混凝土轮圈依次浇筑，作用在围圈上的荷载并非均布于各跨，可按照最不利情况近似的取荷载仅布置于两跨考虑，围圈同时受到水平和垂直荷载的作用，因此按受双向弯曲的连续梁考虑。其内力计算公式为：

Mx=0.117×H×L2

My=0.117×V×L2

其中：H——围圈承受的水平荷载；

V——围圈承受的垂直荷载；

L——提升架的间距。

在本工程中浇筑混凝土的侧压力取6KN/m，合力的作用点取在2H/5处；

模板与混凝土的摩阻力取3KN/m2，倾倒混凝土时作用于模板内的水平集中荷载取2.0 KN。

H=6×2+2/4.4=12.5KN/m

V=3×1.5=4.5KN/m

角钢∠100×10的截面抵抗拒如下：

图1 图的题目

图3 围圈计算简图

Wx=63.29*8cm3=506320mm3；

Wy=25.06*8cm3=200480mm3；

则：

Mx=0.117×H×L2=0.117×12.5×4.42=28.3KN.m

My=0.117×V×L2=0.117×4.5×4.42=10.2KN.m

对截面强度的验算如下：

σ= Mx/ Wx+ My/ Wy=28.3×106/506320+10.2×106/200480=107 N/mm2≤f=205N/mm2，符合要求。

对挠度验算如下：

ωmax=0.573FL4/（100EI）=0.573×12.5×44004/（100×206×103×179.5×104）=7.3mm ≤[ω]=L/500=8.8mm，符合要求。

3.2.2.3提升架计算

提升架是滑模装置的主要承力构件，滑模施工中的各种水平和竖向荷载均通过模板、围圈传递到提升架上，再通过提升架上的液压千斤顶传到钢支撑杆上，最后传递到已凝固的混凝土结构体上。提升架由立柱、横梁组成。提升架的两个立柱保持平行，并与横梁连接成90°，本工程横梁和立柱均由I20a工字钢组成，提升架外形尺寸为2.2m×1.5m，立柱的净距按1.5m计算。

⑴横梁计算

立柱与横梁采用刚性连接，其弯矩可按两端固定梁计算：

M=PL/8

其中：M——横梁承受的弯矩值；

P——千斤顶的顶升力，本工程按照QYD-100型千斤顶80%的顶升能力计算；

L——横梁的跨度，取立柱中轴线之间的距离。

则：M=PL/8=（0.8×100）×1.5/8=15KN

20a工字钢截面特性：Wx=236.9cm3=236900mm3；Wy=31.6cm3=31600mm3；A=3555mm2。

⑵立柱强度验算：

σ= M/ W+ N/ A=15×103/236900+0.8*100*1000/3555=22.5≤f=205N/mm2，符合要求。

ωmax=0.573FL4/（100EI）=0.573×12.5×44004/（100×206×103×179.5×104）=7.3mm ≤[ω]=L/500=8.8mm，符合要求。

3.2.2.4 滑模支撑杆承载力计算

支撑杆是滑模施工中的传力和承力构件，本工程采用Φ48×3.5mm无缝钢管作为支撑杆。

荷载取值：

施工人员、工具、存放材料、设计平台铺板及楞条——2.5 KN/m2；

平台桁架——1.5 KN/m2；

设计围圈及提升架——1.0 KN/m2；

模板与混凝土的摩阻力——1.5～3 KN/m2，本工程取2 KN/m2；

（1）千斤顶数量计算

千斤顶选用QYD-100型千斤顶，每个提升架处设置两台，千斤顶的设置数量计算如下：

（2）支撑杆允许承载力计算

①按照《液压滑动模板施工技术规范》的计算方法，无缝钢管的允许承载力为：

P=40×α×E×J/（K（L0+95）2）

其中，P——支撑杆允许承载力；

α——工作条件系数，本工程取0.7；

E——支撑杆弹性模量（KN/cm2），取2.06×104KN/cm2；

J——支撑杆件截面惯性距（KN/cm4）；

K——安全系数，本工程取2.0；

L0——支撑杆脱空长度，从混凝土表面到千斤顶下卡头距离（cm），本工程取200cm。

故：

P=40×α×E×J/（K（L0+95）2）

=40*0.7*2.06*104*12.187/（2*（200+95）2）=40.4 KN

正常滑升时，支撑杆能满足要求。

②按照中心受压构件的计算方法，每根支撑杆的承载能力按下式计算：

P≤ΨAf

其中，A——支撑杆的截面面积5.28*10-4（m2）；

f——钢材的抗压强度设计值（MPa）；

Ψ——支撑杆件受压稳定系数，根据λ=L0/i查表求得。（L0——计算长度，L0=0.7L，L为千斤顶上卡头至新浇混凝土底面之间的距离，本工程取0.7m；i——回转半径，本工程取15.78mm）

则：P≤ΨAf=0.856*5.28*10-4*215=97.2 KN

（3）支撑杆数量计算

取上述最小值，需要支撑杆数量按下式进行计算：

n=P1/（P0×K2）

其中，P1——滑升模板分别处于滑升状态时，作用于支撑杆的最大垂直荷载进行比较，取其中最大值，即980 KN

P0——每根支撑杆的承载能力，取最小值，即40.4 KN

K2——工作条件系数，本工程取0.9。

则：n=980/（40.4*0.9）=27只

故：按照平台荷载计算需要20只，按允许承载力计算需要27只，实际使用数量28只（筒壁），满足要求；隔墙部位混凝土体积较小，但拐点较多，为保证施工时的提升能力，确保施工质量，在每个拐点处增加千斤顶一个，即16只，本工程实际使用千斤顶44个。

4 滑模制作组装

（1）滑模的调试：滑模按设计制作后进行组装调试。

（2）千斤顶进行试验编组。

①耐压：加压120kg/cm2，5min不渗不漏；

②空载爬升：调整行程30mm；

③负荷爬升：记录加荷5t，支撑杆压痕和行程大小，将行程相近的编为一组。因施工用千斤顶，按一般要求需备用一部分。

（3）滑模调试：滑模组装检查合格后安装千斤顶、液压系统，插入爬杆并进行加固，然后进行试滑升3—5个行程，对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时解决，确保施工顺利进行。

（4）测量放线：泵房基坑开挖完毕后，放出设计边线和十字中心线。

（5）滑模组装：完成筒体钢筋绑扎后，根据放出的边线和中心线进行整体组装。组装完毕进行验收后，安装爬杆、千斤顶。

（6）系统形成：施工现场需敷设一趟专用电缆，提供380V电源，同时备用一台发电机组，以备急需。

5 结束语

本工程所采用的滑模模板设计，解决了滑模筒体跨径大、净空高、环境复杂、施工场地狭小等众多问题；同时，大大缩短了施工工期，避免了在嘉陵江汛期施工的风险，对同类工程的模板设计和施工具有一定的参考和借鉴价值。

参考文献：

[1] 滑动模板工程技术规范． GB50113—2005

[2] 建筑物滑动模板施工技术规范 SL32-92

[3] 液压滑动模板施工技术规范 GBJI13—87

论文作者:王岩

论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期

论文发表时间:2020/1/18

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