摘要：混凝土桥墩在施工过程中对模板系统的要求非常严格，要求其具有足够的强度和刚度，为确保混凝土桥墩的安全施工，在施工前必须对模板系统进行合理的设计和计算。本论述通过对一座公路连续梁桥混凝土圆形桥墩的模板系统进行设计，并建立模板系统有限元模型，对施工过程中模板系统的受力情况进行模拟分析，结果表明设计的模板系统能够满足混凝土浇筑过程中结构需要的强度和刚度条件。
关键词：混凝土桥墩；模板；浇筑；强度；刚度
引言
随着混凝土施工技术水平的提高，交通工程中的混凝土桥梁结构的施工效率得到了有效的提高，特别是混凝土桥墩的施工得到了质的提升，同时在混凝土桥墩的浇筑过程中，对模板的要求也更加严格，模板多为依据桥墩尺寸设计、一次性使用，在浇筑过程中要求其具有足够的刚度，在混凝土冲击及侧压力作用下，模板的侧向变形应在要求的范围内。模板控制着混凝土桥墩外形尺寸的精确程度，其质量直接决定了混凝土桥墩的施工质量，进而影响全桥甚至整条线路的施工质量，因此，必须准确把握模板的设计和制作质量，通过对浇筑过程中侧压力的形成机理和影响因素进行分析，对设计的模板结构进行浇筑混凝土的强度和刚度试算，其各项指标都满足施工要求后确定模板具体尺寸和结构形式，以确保桥墩的安全施工和经济施工。本论述通过对某公路连续梁圆柱形桥墩结构在浇筑混凝土过程的状态进行分析，对模板所受的侧压力进行分析，分析浇筑过程中的影响因素，建立有限元模型，对混凝土浇筑过程进行模拟分析，为实际混凝土的安全浇筑提供了有力的技术支持。
1桥墩模板设计方案
某公路连续梁桥的桥墩为直径为1.6m的圆形桥墩，考虑浇筑过程中倾倒混凝土产生的冲击荷载和混凝土自重及振捣作用产生的侧压力对模板的影响，对模板结构进行设计。考虑活载及恒载的共同相互作用外部因素和混凝土自身机理的影响，模板的面板采用6mm厚的钢板，连接板采用12mm厚钢板，竖肋筋和圆弧筋均采用[10#槽钢，连接板上的连接孔均为22mm的圆形孔。模板的设计情况见图1所示。
2模板的承载能力分析
2.1模板所受荷载考虑情况
混凝土的浇筑速度按照3m墩高每小时考虑，初凝时间计为6h，不考虑掺加缓凝剂情况。根据《混凝土结构工程施工规范》，采用内部振捣器振捣时，浇筑混凝土作用于模板的最大侧压力可按以下标准计算，并取其中较大值计算。
2.2采用有限元软件建模情况
采用Midascivil有限元软件对模板进行模拟，并模拟浇筑混凝土时模板所受荷载情况。以板壳单元对内模板进行模拟，纵横肋用梁单元模拟。整体有限元模型见图3所示，共1296个节点，1360个单元。荷载采用压力荷载进行施加计算。由图4可知，钢模板最大变形为0.211mm，小于允许值L/400=336/400=0.84mm，其中L为纵肋间距，即模板的计算跨度；最大压应力为86.69MPa，小于容许应力145MPa；最大拉应力为48.53MPa，小于容许应力145MPa；最大剪应力为43.23MPa，小于容许应力80MPa。故钢模板的刚度和强度均满足要求。2.3.2竖肋计算结果竖肋筋采用[10#槽钢，承受钢模板传递的荷载作用，其受力分析结果如图5所示。由图5可知，竖肋最大变形为0.1mm，小于L/400=500/400=1.25mm，刚度满足要求；最大应应力为24.832MPa，小于容许应力145MPa。故纵肋的刚度和强度均满足要求。
2.3横肋计算结果
横向肋板由[10#槽钢焊成的圆弧筋和端部的连接板组成，承受由竖肋筋传递的荷载作用，其受力分析结果见图6所示。由图6可知，横肋最大变形为0.0916mm，小于L/400=336/400=0.84mm，刚度满足要求；最大应力为24.56MPa，对于桁架结构，小于容许应力145MPa；横肋的刚度和强度均满足要求。
2.4连接部位的螺栓受力分析
连接螺栓布置间距为250mm，孔径为22mm，螺栓直径为20mm。每一节段长2m，两侧共有16个螺栓连接左右侧模板。模板受到的侧荷载按最大269.0kN/m2计算。为求连接板处的法向应力FN，取模板的一半，计算模型见图7所示。连接板处的拉力由所有螺栓平均承受，则每个螺栓受到的拉力为53.8kN，螺栓截面的最大正应力为171.25MPa<=188.3MPa，连接螺栓的强度满足要求。
3结束语
本论述通过混凝土桥墩施工过程中的关键环节和施工技术进行分析，为确保桥墩安全经济施工，需要对模板系统进行合理设计，并计算其承载力性能。通过对一座连续梁桥圆形混凝土桥墩施工模板进行设计，运用有限元midas软件建立模板系统的有限元模型，对浇筑过程中的荷载进行合理考虑施加，对浇筑过程中的最不利情况进行分析。结果表明，设计的模板系统能够满足混凝土浇筑过程中结构需要的强度和刚度条件，为确保桥墩的的安全施工奠定了理论基础。
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作者：周学荣 单位：甘肃省公路建设管理集团
