石人子沟特大桥薄壁空心墩悬臂 模板系统施工计算分析 赵雷 （交通建设集团有限责任公司，乌鲁木齐８３００１６） 摘要：石人子沟特大桥薄壁空心墩采用悬臂模板系统施工方案，而这种施工方案一直以来偏重于经验而忽视计算分析，一 般规范也没有硬性的规定。但模板结构是否合理又是桥梁施工中不能忽视的重要环节。本文结合工程实例，对石人子沟特 大桥薄壁空心墩悬臂模板系统的施工过程进行受力计算分析，并对模板系统的刚度和强度进行验算，为大跨径桥梁薄壁空心 墩模板的设计与施工提供参考。 关键词：悬臂模板系统，工程施工，计算分析 中图分类号：Ｕ４４２ 文献标识码：Ｂ １工程概况 石人子沟特大桥是乌鲁木齐绕城高速公路东线项 目上的一座控制性桥梁工程，该桥是为横跨石人子沟和 主次背楞，主次背楞传力给受力三角架，受力三角架巧 妙利用了结构力学的传力特点，将外力通过预埋螺杆传 给已浇水泥混凝土。 桥下村庄及上跨石人子沟互通而设。桥梁上部结构采 用３８Ｘ５０ｍ先简支后连续预应力混凝土连续Ｔ梁＋２２ｘ ３０ｍ现浇预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用薄壁空 心墩、柱式墩，钻孔灌注桩基础，桥梁全长２５６７．７ｍ。其 中位于沟底的５—３２号薄壁空心墩高度均在４０ｍ以上， 且最大墩高７５．５ｍ。由于高墩较多，在保证工程质量、安 全生产、施工进度和经济效益的前提下，充分利用高墩 施工中的塔吊等起重设备，故采用悬臂模板系统施工 方案。 ２悬臂体系的结构及特点 悬臂模板系统主要用于大坝、桥墩、水泥混凝土挡 土墙及地下厂房的水泥混凝土衬砌等结构的双侧模板 施工。由于混凝土的侧压力完全由穿墙螺栓承担，因而 模板不必有另外的加固措施，施工简单、迅速，且十分经 济，水泥混凝土表面光洁，是一种理想的墙体模板体系。 该模板系统主要由模板、上平台、主背楞桁架、斜 撑、后移装置、受力三角架、主平台、吊平台、埋件系统等 部分组成（如图１所示）。模板采用钢板，表面光滑、平 图１悬臂模板结构图 悬臂模板系统有以下几个优点：（１）支架、模板及施 工荷载全部由对拉螺杆、预埋件及承重三脚架承担，不 需另搭脚手架；（２）模板部分可整体后移，以满足绑扎钢 筋，清理模板及刷脱模剂等要求；（３）模板可利用锚固装 整，模板之间用螺栓连结成一整体，有效克服了由于错 台、漏浆影响的蜂窝麻面。模板直接承受外界荷载（水 泥混凝土的侧压力及浇筑过程的动荷载），面板传力给 收稿时期：２０１７—５—２０ 作者简介：赵雷（１９８１一），男，四川人，助理工程师，主要从主要从事公路工程施工、管理工作。 ２ｏ１７年第５期 ４７ 赵雷：石人子沟特大桥薄壁空心墩悬臂模板系统施工计算分析 置使其与混凝土贴紧，防止漏浆及错台；（４）模板部分可 相对支撑架部分上下左右调节，使用灵活；（５）悬臂支架 设有斜撑，可方便调整模板的垂直度；（６）各连接件标准 化程度高，通用性强。 ３悬臂体系计算分析 ３．１计算参数 模板，浇筑，钢筋绑扎工作平台最大允许承载３ＫＮ／ ｍ ；模板后移及倾斜操作主平台最大允许承载１．５ＫＮ／ ｍ２； 除与结构连接的关键部件外，其它钢结构剪力设计 值为Ｆ ＝１２５ＫＮ；拉压设计值为Ｆ＝２１５ＫＮ；爬升时结构水 泥混凝土抗压强度不低于１５ＭＰａ。 单榀模板自重为６．５ＫＮ；单榀架体系统总重为 １５ＫＮ（含支架、平台、跳板）沿模板高度方向风荷载为 ７．５ＫＮ／ｍ。 单榀架体系统总重为１５ＫＮ，含支架、平台、跳板。 ３．２架体强度受力分析（如图２所示） －＿ＪＶ （ Ｎ ＼ 图２三角架体约束反力图 （１）对体系进行强度验算： ①支架受力分析 确定支架计算简图（风况一） ＼ Ｔ ｌ带Ｔ１１Ｉ 支架计算简图 轴力图 ４８ ２０１７￣５ ｌ ； Ｆ ， Ａ ｝一 Ｉｊ ．Ｉ 剪力图 弯矩图 各杆件的轴力、弯矩、剪力（进一法取值）见表１所 不 表１ 杆件受力 由表可知：约束反力Ｖ＝４８ＫＮ；Ｎ＝１００ＫＮ；Ｒ＝６５ＫＮ ②确定支架计算简图（风况二） 支架计算简图 轴力图 奄ｎ＿ ＼ ） 剪力图 弯矩图 各杆件的轴力、弯矩、剪力（进一法取值）见表２ 所示： 表２ 杆件受力 由表可知：约束反力Ｖ＝４８ＫＮ；Ｎ＝一４０ＫＮ Ｒ一５ＫＮ ③由以上两个表格可以得到，在考虑风况时，各杆 件可能承受的最大荷载（弯矩和剪力只考虑绝对值）见 表３所示： 表３ 杆件受力 各杆件正应力验算见表４：（拉压弯强度设计值为： Ｆ＝２１５Ｎ／ｍｍ ，承压强度设计值为３２５ Ｎ／ｍｍ ）。 表４ 杆件正应力分析 各杆件剪切应力验算见表５所示，（拉剪强度设计 值为：Ｆ＝１２５Ｎ／ｍｍ ）。 表５ 杆件剪切应力 各杆件强度验算见表６所示： 表６ 杆件强度计算 ２０ｌ７年第５期 ４９ 赵雷：石人子沟特大桥薄壁空心墩悬臂模板系统施工计算分析 （２）主背楞斜撑（滑动螺旋传动）计算 螺杆承受最大荷载Ｆ＝＋６５ＫＮ，螺杆螺纹为Ｔ４８￣６， 大径ｄ＝４８ｍｍ，中径ｄ２＝４５ｍｍ，小径ｄ３＝４１ｍｍ，螺距为Ｐ＝ ６ｒａｍ，基本牙型高度 ＝０．５Ｐ＝３ｍｍ，旋合圈数ｎ＝Ｈ／Ｐ＝ ８．３，螺杆和螺母材料均为Ｑ２３５，螺母高度Ｈ＝５Ｏｍｍ，螺 纹副材料为钢对钢，速度属手动低速，许用压强Ｐ ＝ ７．５—１３Ｎ／ｍｍ 。取１０Ｎ／ｍｍ 。 ①自锁性验算 由于系单头螺纹，导程Ｓ＝Ｐ＝６ｍｍ，故螺纹升角为： Ａ＝ａｒｃｔａｎ ＝２．４３ｏ １Ｔｄ 由于螺纹副材料为钢对钢，ｆ＝０．１３—０．１７，取０．１５， 可得： Ｐ ：ａｒｃｔａｎ ：８．８３。 ｃ。ｓ量 Ａ＜Ｐ ，故自锁可靠。 ②螺杆强度验算 螺纹摩擦力矩 。＝ ｄ Ｆｔａｎ（Ａ＋Ｐ ）＝２９５４２３Ｎ・ｍｍ，代人下列公 式得： Ｊ（ ＋３（ ２ ｍ２＜－０，．＝７８Ｎ／ｍｍ２ （由于螺杆材质为Ｑ２３５，其许用拉应力ｏｒｌ，＝ ， 取７８Ｎ／ｍｍ ），满足要求。 ③螺杆螺纹强度验算 当螺杆和螺母材料相同时，只校核螺杆螺纹强度。 由于螺纹为梯形螺纹，则其牙根宽度ｂ＝Ｏ．６５Ｐ＝ ３￣９ｍｍ，基本牙型高度Ｈ．＝０．５Ｐ＝３ｒａｍ，螺纹小径 ｄ３＝ｄ一２ｈ３＝ｄ一２（ＨＩ＋０ ）＝４１ｍｍ。 则其剪切强度： ｒ：— 一＝１５．５９Ｎ／ｍｍ ＜ｒ．。＝４６．８Ｎ／ｍｍ １Ｔｃｌ Ｄｎ （由于螺纹牙材质为Ｑ２３５，其许用剪应力 ｒ． ＝０．６０，取４６．８Ｎ／ｍｍ２），满足要求。 其弯曲强度： ３Ｆ Ｈ，＝ ＝３６．ＯＮ／ｍｍ２＜０＂ｂ＝８５Ｎ／ｍｍ２ ，，（螺纹牙许用弯曲应力 ＝（１—１．２） ，取８５Ｎ／ ｍｍ ），满足要求。 ④螺杆的稳定性验算 由于螺杆会受到压力，故需进行稳定性计算。 螺杆最大工作长度 ＝４００ｍｍ，按照一端固定一端 铰支可得长度系数 ＝０．７，螺杆危险截面的惯性半径 ５０ ２ｏ１７年第５期 ｉ＝ｄ３／４＝１０．２５ｒａｍ，故Ａ＝ ＝２７＿３＜Ａ （Ｑ２３５的Ａ：＝ ‘ ６１），不作压杆稳定性验算。 （３）水泥混凝土局部承压验算 ①锚板处水泥混凝土的局部承压验算： 根据《混凝土结构设计规范》（ＧＢ ５００１０—２０１０），砼 的局部承压承载力计算如下： Ｅｌ＝１．３５Ｂ Ｂ・￡Ａ－ 式中Ｆ。——局部承压面上作用的承压力；￡一砼轴心 抗压强度设计值（这里为Ｃ３０，取ｌ４＿３ Ｎ／ｍｍ ）；Ｂ。 ——砼 强度影响系数（这里为Ｃ３０，未超过Ｃ５０，取１．０）；Ｂ —— 砼局部受压时的强度提高系数（这里为圆形锚板，取 ３）；Ａ ＿一砼局部受压净面积（这里为圆形锚板，直径为 ８０ｒａｍ）。 贝Ｕ Ｆ。＝１．３５５ Ｂｌ￡Ａｌ ＝１．３５×１．０×３×１４．３×８０ ×－ａ＇／４＝ ２９１．１ＫＮ＞Ｎ＝１００ＫＮ，满足要求。 ②锥形接头处水泥混凝土局部承压验算： 锥形接头（Ｌ＝１４Ｏｍｍ）受到受力螺栓传来的剪切力 ｖ，由力学平衡可知： Ｌ＝ａ＋ｂ Ｖ＝ａＰ／２一ｂＱ／２ （Ｌ—ｂ／３）ｘｂＱ／２＝ａ／３ＸａＰ／２ Ｐ／Ｑ＝ａ／ｂ 计算２Ｖ＝ＬＰ（１—１／２“ ） Ｖ＝４８ＫＮ，Ｌ＝１４Ｏｍｍ，可得到： Ｐ＝３．３２ＫＮ＜１４．３ＫＮ（Ｃ３０砼抗压设计值），满足要求。 （４）主横梁埋件支座端头板承压验算 主横梁端头板与埋件支座的有效承压面积Ａ＝１６ｘ ４７＝７５２ｍｍ ，承压力Ｖ＝４ＯＫＮ，则其承压应力 ＝Ｖ／Ａ＝ ５３．２Ｎ／ｍｍ ＜３２５Ｎ／ｍｍ （Ｑ２３５钢承压强度设计值），满足 要求。 ３．３体系稳定性验算 （１）根据钢结构规范的规定，其验算公式为： 一Ｎ＋ 。 垒 丝 ＜ｆ １—０．８ ） ＶＦ 式中Ⅳ——构件的轴心压力； ——弯矩作用平面内 的轴心受压构件稳定系数；Ａ——构件承载面积（截面 积）； ——等效弯矩系数；Ｍ——构件的最大弯矩； ［Ｔ】——截面塑性发展系数；Ｗ——弯矩作用平面内的 较大毛截面模量 ——参数， ＝盯 ＥＡ／（１．１Ａ ） Ｅ——钢材的弹性模量，２０６￣１０ Ｎ／ｍｍ。；Ａ——杆件的 长细比， ＝ｌ／ｉ；ｚ——杆件的计算长度；ｉ——杆件的 截面回转半径；厂——Ｑ２３５的抗拉、抗压和抗弯强度设 计值。 ＝ｌ／ｉ （２） 表７ 的计算如表７所示： 轴心压力作用截面稳定性计算表 杆件号 最大弯矩 ＫＮ＊ｍ 等效弯矩系 截面 展系 毛截面模量Ｗｃｍ 参数 Ｎ ８ Ｍ ｗ（ｉ－０．８ ） Ｎ／ａｒｍ ２０ｌ７年第５期 ５１ 赵雷：石人子沟特大桥薄壁空心墩悬臂模板系统施工计算分析 （４）弯矩作用平面内的稳定性验算表如表９所示： 表９ 弯矩作用平面内的稳定性验算 上表所列表指标均满足设计计算要求。 支架的投入，经济效益明显。 ４结论 （１）水泥混凝土结构工程中，模板关系到质量、安 全、工程进度和经济效益。所以模板的工艺和品种必须 作技术经济比较，模板设计必须满足施工要求。要高度 重视模板加工和安装质量。 版社，２００７． 参考文献 １公路桥涵施Ｔ技术规范（ＪＴＪ０４１—２０００）［Ｓ］．北京：人民交通 ２龙驭球，包世华．结构力学教程ＪＴＧ／Ｔ Ｆ５０－２０１ １［Ｍ］．北京： 高等教育出版社，２００６． （２）通过建模分析，体系架体各部件的强度、刚度， 预埋件的强度均足够，架体的稳定性满足要求，主纵梁 的变形也在许可范围之内。 （３）利用悬臂爬模体系进行薄壁高墩施工，其安装、 拆除和转运方便快捷，施工速度快，大大减少了人员和 ◆－㈣◆－１ｌｌ◆，ｌ¨◆｜ｌ◆ ’◆…－◆。¨ｌ◆｜ｌ¨◆ ・◆－１－◆ｌ㈣◆¨ｌ◆，ｌｌ－◆…ｌ ◆３王书增．新编钢结构数据速查手册［Ｍ］．北京：中国电力出版 社，２００９． ４周水兴，何兆益，邹毅松．路桥施工计算手册［Ｍ］．ｊＥ京：人民 交通出版社，２００１． ｜ｌ◆，ｌｌ◆，１１．４１１．｜ｌ¨◆ ◆…－◆¨ｌｌ◆ ◆－¨◆｜ｌ◆…１，４１１Ｐ一㈣◆，１ １◆…¨◆Ｉ◆，１１１ｔ◆ ◆…一◆ Ｉ¨◆ ◆… 谷歌为ＤｅｅｐＭｉｎｄ ＡＩ开发“打盹’’技能， 让它在休息时自我“反省＂ 还记得不久之前打败了众多人类棋手的ＡｌｐｈａＧｏ 吗？最近，这位人工智能领域的“佼佼者”又被赋予了 一系统通过大量能够“离线”储存，并“回顾”的训练数 据，进行模拟经验回收，让人工智能可以在过去的成功 或者失败中继续学习。 个极具人性化的技能——“打盹，小憩一会”。谷歌 通常人们很难想象，被寄希望于可以取代人类工 方面最新发布提到了这一新功能。 作的人工智能也需要“休息”，但实际上适当的休息是 谷歌ｄｅｅｐ—Ｑ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＤＱＮ）的关键部分。而整个ＤＱＮ 这也是全球人工智能发展的大方向，无论是神经 网络、机器学习、深度学习，研究人员都希望能够赋予 其自主解决问题的能力，这也是衡量人工智能是否足 够智能的标准之一。 ５２ ２０１７年第５期
