组合钢模板体系的优化

黄抒琳

摘 要：组合钢模板目前在水利水电建设中的通用性较强，为了加快施工速度，提高混凝土表面质量，采用大面板、模板竖拼装的形式，通过对组合钢模板体系的优化来保证模板在力学结构上的要求。

关键词：组合钢模板；水利水电施工；优化

1. 概述

模板工程在水利水电建筑现浇混凝土工程中占有重要的位置，费用约占混凝土总造价的15～20％。近几年来，模板工程有了很大的变化，对加快水利水电建设施工速度、保证施工质量、节约木材和降低模板成本，均起到了很大的作用。随着我国水利水电建筑的不断发展，对工程质量要求越来越高，一方面混凝土工程要具有优良的内部质量，另一方面混凝土表面要整洁、光滑美观，这对模板技术提出了更高的要求。

组合钢模板在模板的工具化、定型化方面的的通用性较强，是目前使用较广泛的一种通用性组合模板。组合钢模板的部件主要由钢模板、连接件和支承件三部分组成，平面模板的规格最大尺寸为300mm×1500mm×55mm。为了使水利水电工程能高质量、高速度、高效率地完成，我们在实践采用的组合钢模板体系改变传统体系的做法，采取大面板（600mm×1500mm×55mm）、模板竖拼装的形式。这种做法在混凝土外观上取得了较好的效果，但在力学结构和细部上存在欠缺的地方。为了使大面板模板具有足够的强度、刚度和稳定性，能够承受新浇混凝土的重量和侧压力，以及各种施工荷载，需要对体系进行结构的优化。

2. 组合钢模板体系的优化

2.1 支承系统的钢楞用双拼方钢(2□80mm×40mm×2.0mm)代替双拼圆钢管(2φ48mm×3.5mm)

支承系统中的钢楞主要用于支承钢模板并加强其整体刚度。内钢楞与钢模板的长度方向相垂直，直接承受钢模板传来的荷载，外钢楞与内钢楞垂直，承受内钢楞传来的荷载。钢楞的选择直接影响到整个体系性能，下面将这两者的规格和力学性能列于表1。

表1

从表1我们可以得出这样的结论：

1. 从技术角度看，双拼方钢的截面惯性矩I 和截面最小抵抗矩W 均大于双拼圆钢管；

2. 从经济角度看，双拼方钢每米重量比双拼圆钢管轻；

3. 从施工角度看，双拼方钢重量轻有利于高空作业，同时由于刚度好不易发生弯曲变形。

通过上面的比较，我们认为双拼方钢(2□80mm×40mm×2.0mm)优于双拼圆钢管(2φ48mm×3.5mm)。

双拼方钢拼接时拼缝不能太宽，若拼缝太宽，则由于孔口应力集中区加大会影响螺栓垫片强度的正常发挥，造成螺栓垫片凹陷变形，致使模板变形破坏，造成工程事故。目前普遍采用规格为100mm×80mm×10mm的钢垫片，螺栓直径为φ16mm。这样拼缝宽比16mm稍大即可，根据经验采用φ20mm的钢筋来进行拼接。

2.2 对拉螺栓位置的优化选择

对拉螺栓的作用是连接内、外模板，保持内、外模板的间距，承受新浇混凝土的侧压力和其他荷载，使模板具有足够的刚度和强度。对拉螺栓位置的布置直接影响到组合钢模板体系中各种材料性能的发挥，我们在布置时既要做到技术上可行，同时又节省材料降低成本。

根据力学模型的计算的现场施工经验的总结，对拉螺栓的竖向位置宜布置在距离每块模板上边和下边各350mm的地方，横向螺栓位置间距为1200mm，如图1为优化后的平面模板简图。这样布置使模板的整体力学性能得到充分的发挥，而且能使压力均匀分布，体系整体受力效果较好；由于横向间距比现有间距600mm增大一倍，可以节省一半的对拉螺栓和一半的外钢楞，同时简化施工，加快了工程进度。

2.3 扁铁代替穿墙部分螺栓

对拉螺栓穿过模板，一方面给拆模带来困难，后期螺栓的割除切补也极不方便，费时费工；另一方面还会给混凝土面留下“疤痕”，影响外观。

用扁铁代替穿墙部分螺栓可以克服以上的不利影响，扁铁的规格常用40mm×200mm×3.0mm。它夹在模板的拼缝中，经砂轮深层割除，高强混凝土修补后隐藏在板缝中还会留下任何明显痕迹，给混凝土的外观带来较好的效果。

2.4 组合钢模板体系的优化计算

下面对图1进行力学分析，验证其可行性。

2.4.1内钢楞（2□80mm×40mm×2.0mm）的结构计算

2.4.1.1 强度验算

（1） 荷载计算

新浇混凝土侧压力F1＝24.73KN/m2

混凝土倾倒产生的侧压力F2＝2.8KN/m2

侧压力合力F＝F1＋F2＝27.53 KN/m2

如图1，每一单元内钢楞承受来自1200mm×750mm钢模板传来的侧压力，将F转化为对内钢楞的均布荷载（调整系数取0.85）：

q＝0.85×27.53×0.75＝17.55 KN/m

（2）强度验算

跨中弯矩M＝ql2＝×17.55×1.22＝3.16×106 N·mm

由表1，内钢楞的截面最小抵抗矩 Wx＝18.56×103 mm3

内钢楞的最大应力＝ ＝169.72N/mm2＜［ ］=210N/mm2满足强度要求。

2.4.1.2刚度验算

这里只需验算钢模板的刚度。

荷载q＝0.85×24.73＝21.02KN/m

惯性矩Ix＝2×26.97×104mm4

弹性模量E＝2.1×105 N/mm2

挠度＝ = ＝0.313mm

＜［ ］＝1.5mm

满足刚度要求。

2.4.2外钢楞与内钢楞同一规格，支座的最大反力为：

Rmax＝0.85×27.53×1.2×0.75＝21.06KN

2.4.3对拉螺栓选用?椎16mm圆钢，其容许拉力为24.5KN，大于21.06KN，所以?椎16mm圆钢能满足体系对拉螺栓的要求。

通过计算，优化后的组合钢模板体系是可行的。

4. 施工注意事项

优化后的组合钢模板体系在制作和施工时除了要符合国家标准《组合钢模板技术规范》外，还要注意以下事项：

（1）双拼方钢的长度以3m～4m为最佳，适当情况下也可稍稍加长，拼接时一定分注意连接钢筋与方钢的焊接质量；

（2） 模板提升时，上、下层外钢楞间必须有足够的搭接长度，搭接长度约50cm。否则，应设置短钢楞以保证其整体刚度；

（3） 由于扁铁较薄，在螺栓和扁铁焊接时，一定要注意调节好焊接电流的大小，各项指标均要达到规范要求，其焊接长度不得小于50cm。对有防渗要求的结构必须在螺栓上设置截水环。

5． 结语

采用大模板、模板竖拼装的形式可以加快施工速度，提高混凝土的外观质量，通过对组合钢模板体系的优化能保证混凝土的内部质量。

参考文献

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