XX高速路高架桥优秀模板方案.docx
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XX高速路高架桥优秀模板方案
模架设计方案
一、编制依据
1、图纸及相关资料
（1）京承高速公路（密云沙峪沟-市界段）工程施工图纸。
（2）地勘报告。
2、施工管理文件
（1）交通部公路工程验收规范。
（2）公路工程施工安全技术规程。
（3）《质量管理体系要求》GB/T19001-2001。
（4）《环境管理体系规范及使用指南》B/T24001-1996。
（5）《职业安全健康管理体系审核规范》GB/T28001-2001。
3、相关规范
（1）组合钢模板施工手册；
（2）建筑结构静力计算手册；
（3）实用土木工程手册；
（4）钢结构设计手册。
（5）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）
二、项目概况
（1）总体概况
序号
项目
内容
1
工程名称
京承高速公路（密云沙峪沟-市界段）工程第4标段
2
建设单位
北京市首都公路发展集团有限公司
3
设计单位
北京市市政工程设计研究总院
4
线路走向及标段划分
京承高速公路（密云沙峪段-市界段）工程位于北京市密云县东北部，路线起点位于密云县穆家峪镇沙峪沟，经巨各庄镇、大城子镇、北庄镇、太师屯镇、古北口镇至终点市界（京冀界），全长62.685km。
此次施工为K68+300-K100+300段，路线长度为32km，分为7个标段，本合同段为第4标段。
5
建设规模
本标段起止桩号为K83+740-K88+700，长度4.96km，本工程按高速公路标准设计，主线设计速度为100km/h，采用双向4车道。
本标段路基填方132.6万m3，路基挖方59.1万m3，路面结构层57.1万m2；标段内设主线桥6座、地方路跨河桥2座、通道3座、涵洞17道。
6
工期要求
20XX年9月-20XX年9月
（2）桥梁工程概况
2.1红门川5号桥
序号
中心桩号
孔数-孔径（孔-m）
桥梁全长（m）
结构类型
上部结构
下部结构
1
左半幅K83+976.15；右半幅K83+982.02
11×30
336
预应力混凝土连续箱梁
桥墩为扩大基础，柱式墩，墩间采用系梁连接，分联墩上接盖梁；桥台为桩基础，肋板式桥台
2.2K85+395.937主线桥
序号
中心桩号
孔数-孔径（孔-m）
桥梁全长（m）
结构类型
上部结构
下部结构
1
K85+396.937
3×25
81m
现浇预应力混凝土连续箱梁
桥墩为扩大基础，柱式墩，墩间采用系梁连接；桥台为扩大基础，重力式桥台
2.3K85+608主线桥
序号
中心桩号
孔数-孔径（孔-m）
桥梁全长（m）
结构类型
上部结构
下部结构
1
K85+608
3×25
81
预应力T梁
桥墩为扩大基础，柱式墩，墩间采用系梁连接；桥台为扩大基础，重力式桥台
2.4大城子立交主线1号桥
序号
中心桩号
孔数-孔径（孔-m）
桥梁全长（m）
结构类型
上部结构
下部结构
1
K86+843.137
5×30
153
预应力混凝土T梁
桥墩为桩基础上接承台，柱式墩，墩间采用系梁连接，墩顶上设预应力混凝土盖梁；桥台为桩基础，肋板式桥台
2.5大城子立交主线2号桥
序号
中心桩号
孔数-孔径（孔-m）
桥梁全长（m）
结构类型
上部结构
下部结构
1
K87+532.5
5×25
131
预应力混凝土T梁
桥墩为扩大基础，柱式墩，墩间采用系梁连接，墩顶上设预应力混凝土盖梁；桥台为扩大基础，重力式桥台
2.6K87+802.082主线桥
序号
中心桩号
孔数-孔径（孔-m）
桥梁全长（m）
结构类型
上部结构
下部结构
1
K87+802.082
3×30
99.7
现浇预应力混凝土连续箱梁
桥墩为桩基础上接承台，柱式墩，墩间采用系梁连接；0#桥台为扩大基础，重力式桥台，3#桥台为桩基础，肋板式桥台
其中现浇预应力混凝土连续箱梁两座，红门川5＃桥为左右两幅为分离式，箱梁高度1.6m，底板宽8.87m，外悬臂1.945m。
半幅桥面全宽12.76m。
1K87+802.082主线桥箱梁高度1.6m，底板宽8.87m，外悬臂2.00m。
半幅桥面全宽12.87m。
桥梁墩柱详见下表：
墩柱统计表
桥梁名称
墩柱直径
墩柱数量
墩柱高度
红门川5号桥
D=1.5米
28棵
11.20~19.80米
D=1.8米
12棵
1K85+395.937主线桥
D=1.8米
8棵
11.739~19.249米
1K85+608主线桥
D=1.8米
8棵
10.724~16.54米
大城子互通式立交1#主线桥
D=1.5米
16棵
9.80~11.84米
大城子互通式立交2#主线桥
D=1.5米
4棵
6.427~19.842米
D=1.8米
12棵
1K87+802.082主线桥
D=1.5米
8棵
13.157~14.657米
王达路跨红门川桥
D=1.5米
4棵
6.32~7.265米
本工程工期紧，为节约投入，要求模板周转次数多，模板安装、拆模简便、迅速，砼成形好，并且要获得良好的社会效益，所以对模板整体性、强度和刚度有较高的要求。
三、模板及支撑体系方案选择
模板设计时应考虑以下因素：
满足设计图要求的形状及尺寸，通用性要强，在模板能够承受各种受力的前提下，力求操作简便，周转次数多，不易变形，模板接缝严密不漏浆，砼成型质量好。
1、墩柱模架
（1）墩柱模架中因为墩柱柱间有系梁，所以模板设计时需考虑系梁以下的墩柱高度，因此，将系梁处墩柱模板单独设计。
系梁处的墩柱模板高度设为1.3m、1.5m，减去系梁高度后，将伸出系梁部分的尺寸设为0.1m。
墩柱模板安装时，可将其配合1m、1.5m、2m的模板，如果还不符合高度模数时，可以在墩柱底部抹一定厚度的砂浆，以保证系梁下面的墩柱高度。
为便于模板的拆模和安装，采用半圆形整体整板，每节用螺栓连接。
考虑模板周转次数多和模板修整打磨的损耗，要求设计钢板厚5mm。
（后附墩柱模板组拼明细表）
（2）为力求施工简便，安装时只用三根钢丝固定上端，所以取消柱箍、立带，用可调顶管固定下端，柱箍（横肋）焊在横板上，立带（纵肋）焊在立板上，与模板构成整体。
（3）由于模板多次周转，为避免多次使用造成变形对质量的影响，所以设计时对模板钢肋局部进行加密，以提高强度和刚度。
（4）墩柱模板及支撑体系详见模板施工图（附图三）
2、箱梁模架
模板支架采用满堂红碗扣式脚手架，混凝土外露面模板采用全新的15mm厚酚醛覆面胶合板，后背50mm厚大板。
四、模架设计及计算
1、墩柱模架设计及计算
1.1墩柱模板计算
荷载计算：
（1）圆柱模计算荷载组合分为两种
a.强度计算时荷载组合为振捣砼时产生的荷载（作用范围在有效压头高度之内）叠加新浇混凝土对模板侧向压力及混凝土重力。
b.刚度验算时荷载组合为新浇混凝土对模板侧向压力及混凝土重力。
（2）振捣混凝土时产生的荷载
对水平模板2.0KPa
对垂直模板4.0KPa
为确保砼振捣密实,在躲避钢筋情况下可能出现斜方向振捣，所以此荷载取4.0KPa。
（3）新浇混凝土对模板侧面的压力
施工时采用内部振捣器，当混凝土浇筑速度在6m/h以下时，新浇混凝土作用模板最大侧压力计算式为
Fm=rcH
取二式中的小值
（5）新浇筑砼侧压力标准值
根据现场实际情况，砼浇筑速度为V=2m/h，砼入模温度T=25℃，C25砼的初凝时间为2.7小时，砼中不掺外加剂K1外加剂影响系数取1，砼坍落度120mm，K2混凝土塌落度影响系数取1.15。
则砼侧压力
Fm=0.22rct0k1k2v1/2=0.22x25x2.7x1x1.15
（2）1/2=24.15KN/m2
Fm=rcH=25x19.84=496>24.15KN/m2
故取Fm=24.15KN/m2
则混凝土侧压力设计值
F=Fm×分项系数×折减系数
=24.15×1.2×0.85
=24.63KN/m2
（6）倾倒砼时产生的水平荷载，取F1=2KN/m2
荷载设计值为2×1.4×0.85=2.38KN/m2
荷载组合
计算强度时F=Fm+F1=24.63+2.38=27.01KN/m2
计算刚度时F=Fm=24.63KN/m2
1.2墩柱模板设计
为便于模板的拆模和安装，采用半圆形整体模板，每节两米。
考虑模板周转次数多和模板修整打磨的损耗,所以设计钢板厚5mm。
1.2.1验算模板的板厚
圆弧模D=404mm
图1
θ=404/Rx180/л=404/900x180/л=25.73º
F设=Fxcos（1/2*25.73）=27.01xcos12.865=26.33KN/m2
根据现场实际情况最不利的板是由下端数第二或第三行侧方格，为三面嵌固，一面简支，选用最大侧压力值。
图2
A=404，B=400，A/B=404/400=1.01<2
所以按双向板计算。
B/A=400/404=0.99
查建筑结构静力计算手册表4-6
M=0.0173ql2=0.0173x49.73x4002=72881.4N.mm
选用5mm厚板，
W=1/6Bh2=1/6x404x52=1683.3mm3
σ=M/W=43.3Mpa<[σ]=215Mpa
挠度计算
Bc=（Eh3）/[12（1-μ）]
=2.06x105x53/[12（1-0.32）]
=23.582x105
挠度=0.00164xql4/Bc
=0.0014x26.33x10-3x4004/23.582x105=0.469mm
1.2.2内钢肋设计
（1）力学模型建立
由于施工中圆墩柱高为6.3～19.84m，至少为3节，由于施工中每节之间连接采用多个螺栓，使模板之间连接形成定向支座，并且两半圆模板用螺栓连接，形成整体后相互对拉，所以考虑每延米弧长的力学模型如下：
图3
截面模量
图4
（2）内力计算
查表得：
M中max=0.023×27.01×22=2.48KN.m
M支max=0.06×27.01×22=6.48KN.m
计算形心距
Y=ΣSi/ΣAi
ΣAi=404x5+100x8=2820mm2
ΣSi=404x5x2.5+100x8x55=49050
Y=49050/2820=17.39
I01=1/12xbh3=1/12x404x53=4208
I02=1/12xbh3=1/12x8x1003=666666.7
A1xd12=404x5（15.8-2.5）2=71464
A2xd22=8x100（55-15.8）2=1229312
I0=IO1+IO2=670875
Aixdi2=1300776
I=670875+1300776=1971633mm4
W=W0+Aixdi
W01=1/6bh2=1/6x404x52=1683.3
W02=1/6bh2=1/6x8x1002=13333.3
A1xd1=404x5（15.5-2.5）=30615
A2xd2=8x100（55-15.8）=31360
W=76991.6
查表3-7
q=26.33x0.32=8.42
M=0.107xql2=0.107x8.42x4042=147047.8
σ=M/W=1.9<[σ]
f=0.632xql4/100EI
=0.632X8.42X4044/100/2.05X105/1211080
=0.011<[f]
满足要求。
1.2.3焊缝计算
根据模板设计规定，肋与板焊缝长度Lw=100mm，间距50mm，则每块2m长模板中，共计焊缝总长度为ΣLw=（2/0.6）x10=30mm。
角焊缝hf=4mm
则每个角焊缝的容许拉力值Nf=ffwAe,其中：
w
则Nf=84.85x160=13576.45N
则
即5条缝可满足要求，结合模板肋板布置形式及工艺要求，在实际制作时，取8条缝。
1.2.4螺栓检验
建立直角坐标系。
以圆柱模板的端面圆心为坐标原点。
圆柱模板的纵轴为Z轴，以右手坐标系确定X轴、Y轴，并把投影到XOY平面上，如下图所示。
计算模板受混凝土侧压力F设时环向拉伸内力Nd,沿Z轴纵向切去半个圆柱体，其另一半隔体，在混凝土侧压力和内力作用下得静力平衡，由此求得内力Nd，混凝土侧压力集中荷载为均布荷载qR设。
q设=F设x2=27.01x2=54.02KN/m
Rd=Nd+Nd=2Nd
图5
Nd=qR设R=54.02x900=48618N
采用M16螺栓：
N=Nd/Ntb=1.8
墩柱砼浇筑过程中初期砼浇筑速度约为V=5m/h，且考虑施工中其它不可预见因素故取螺栓间距为200mm，每延米打5个螺栓。
1.3墩柱柱间系梁模架设计
墩柱柱间系梁模架设计，系梁处采用碗扣式脚手架搭设间距为900mm×600mm，箱梁横梁（中横梁）处支架搭设间距也为900mm×600mm，支架计算中荷载组合远小于箱梁横梁（中横梁）处，故计算采取箱梁模架结果（详见箱梁模架计算）。
2、箱梁模架设计及计算
2.1材质要求
（1）碗扣式脚手钢管
钢管规格采用外径48mm、壁厚3.5mm的焊接钢管。
管件在进场后第一次使用前，按照规定的指标和检验方法，对钢管、扣件进行外观质量检验，并抽取扣件样本进行力学性能和扭力距指标复验。
合格后，完整存档备查。
扣件性能试验的合格标准
性能试验指标
直角扣件
旋转扣件
对接扣件
底座
抗滑试验
荷载（N）
7200
10200
7200
10200
—
—
位移值（mm）
Δ1≤0.7
Δ2≤0.5
Δ1≤0.7
Δ2≤0.5
—
—
抗破坏试验（N）
25500
17300
—
—
扭转刚度试验
力矩（N·m）
918
无规定
—
—
—
位移值或转角
抗拉试验
荷载（N）
—
—
4100
Δ≤2.0
—
位移值（mm）
抗压试验（N）
—
—
—
51000
注：
1、试验采用的螺旋扭力矩为10N·m。
2、表中Δ1为横杆的垂直位移值；Δ2为扣件后部的位移值。
（2）胶合板
胶合板必须采用Ⅰ类胶合板。
胶合板规格为2400×1200×15mm。
抗剪强度符合下列要求：
不浸泡，不蒸煮：
1.4～1.8MPa；
室温水浸泡：
1.2～1.8MPa；
沸水煮24小时：
1.2～1.8MPa；
含水率：
5％～13％；
密度：
4.5～8.8kN/m3。
抗弯强度不低于13MPa，弹性模量不低于6000MPa。
（3）木材
木材采用落叶松木，有腐朽、折裂、枯节等的木材不得使用。
木材抗弯强度不低于13MPa，顺纹抗剪强度不低于1.4MPa，弹性模量不低于9000MPa。
方木为150×150mm，木板为50mm厚。
2.2支架地基计算
荷载计算
模板及支架自重：
1.5kN/m2
钢筋混凝土自重：
1）横梁处1.6×1×26＝41.6kN/m2
2）一般腹板处断面面积为6.1994m2
6.1994×1×26÷8.87＝18.17kN/m2
施工荷载：
取2.5kN/m2
振捣荷载：
取2kN/m2
2.2.1荷载组合
（1）横梁处
a、强度验算时
标准荷载分项系数取1.2，施工荷载分项系数取1.4。
荷载设计值：
PF＝（1.5＋41.6）×1.2＋（2.0＋2.5）×1.4
＝58kN/m2＝0.058N/mm2
b、刚度验算时
取标准荷载值，即：
PF=41.6+1.5=43.1kN/m2；
（2）一般腹板处
a、强度验算时
标准荷载分项系数取1.2，施工荷载分项系数取1.4。
荷载设计值：
PF＝（1.5＋18.17）×1.2＋（2.0＋2.5）×1.4
＝29.9kN/m2＝0.03N/mm2
b、刚度验算时
取标准荷载值，即：
PF=18.17+1.5=19.67kN/m2；
2.2.2支架地基承载力验算
（1）横梁处
断面面积为15.392㎡
单排方木受力：
16.2×0.6×（1.5+2.5+2）+15.392×0.6×26＝298.44kN
地基受力面积：
16.2×0.1＝1.62㎡
施工要求地基荷载：
298.44÷1.62＝184.3Kpa
（2）一般腹板处
断面面积为7.4㎡
单排方木受力：
16.2×0.9×（1.5+2.5+2）+7.4×0.9×26＝260.7kN
地基受力面积：
16.2×0.1＝1.62㎡
施工要求地基荷载：
260.7÷1.62＝161Kpa
支架基础底层采用30cm炮渣石，上层采用20cm二灰，在密实度达97％以上时，其承载力可达到0.7MPa以上。
2.3支架设计及计算
2.3.1支架设计
模板支架采用满堂红碗扣式脚手架，钢管为φ48×3.5mm。
一般腹板处立杆间距900mm×900mm，横梁（中横梁）处加密为900mm×600mm，加密段须宽出横梁1200mm。
一般腹板处横杆步距1200mm，横梁处横杆步距600mm，立杆可调顶托采用60cm长顶托，伸出的螺旋长度不超过螺旋总长的1/3，即20cm。
为保证支架的稳定性，横向、纵向均设剪刀撑，横向剪刀撑沿桥纵向每5米满框布置。
纵向剪刀撑设在支撑架的外侧，每5米一道。
剪刀撑和斜撑采用钢脚手管。
立杆底托采用固定底托，底托下横向设置10*10㎝方木。
外侧支架每侧比箱梁宽出1.8m，并满铺5cm厚木板，作为工作平台。
最外侧立杆沿箱梁四周伸出箱梁顶面，栏杆高1.2m，并设置2层横杆，作为护身栏杆，护身栏杆内侧挂密目网。
为方便、安全施工，必须在支架外侧搭设马道（与支架同步搭设）。
马道成之字形，中间转弯处设休息平台，坡度为1：
3，宽度不得小于1m，转弯平台处面积不得小于3m2，宽度不得小于1.5m。
马道两侧和转弯平台外围设置防撞栏杆和挡脚板，防撞栏杆高1.2m（搭设护网），挡脚板高0.18m。
马道两侧、转弯平台外围和端头自下而上连续设置剪刀撑。
大横杆步距不得超过1.4m。
马道脚手板应随架高自下而上连续铺设，铺平铺牢。
顺铺时脚手板直接绑扎在小横杆上，小横杆绑扎在斜横杆上，脚手架、脚手板接头处应设两根小横杆，搭接长度不小于40mm；横铺时脚手架板绑扎在斜横杆上，斜横杆绑扎在小横杆上。
马道脚手板每隔300mm设高2~3cm防滑条一道。
2.3.2支架计算
立杆的稳定性按照下式验算：
N/φA≤〖f〗
〖f〗－钢材抗压强度设计值，取205MPa
A－考虑材料折减，立杆壁厚按3.2mm计算，立杆截面面积A=450mm2
φ－轴心受压构件稳定系数，根据长细比λ查表而得
λ－长细比，λ＝L0/i
i－截面回转半径，碗扣脚手架i＝15.8mm
L0－计算长度，L0=h+2a。
h为立杆步距，a为立杆伸出顶层横杆中心线至混凝土面的长度。
L0=600+2×800=2200mm
λ＝L0/i＝2200/15.8＝140
查表φ＝0.345
（1）横梁处单根立杆承受荷载N=0.058×600×900=31320N
则：
N/φA=31320/（0.345×450）=201.8MPa<〖f〗=205MPa
支架稳定性满足要求。
（2）一般腹板处单根立杆承受荷载N=0.030×900×900=24300N
则：
N/φA=24300/（0.345×450）=156.5MPa<〖f〗=205MPa
模板支架稳定性满足要求。
2.4模板设计及计算
2.4.1模板设计
本工程混凝土外露面模板采用15mm厚酚醛覆面胶合板，后背50mm厚大板。
支立箱梁底模时，首先在支架顶托上横桥方向摆放15㎝×15㎝的方木，箱梁腹板处方木间距90㎝（横梁处60cm），在横向方木上，顺桥方向摆放15㎝×15㎝的方木，方木间距90㎝，纵横向方木交点位于顶托上方。
横桥方向铺设50mm厚大板。
方木、大板均经过压刨压平后使用。
侧模选用50mm厚大板，上铺15mm厚酚醛覆面胶合板。
在大板外侧用15×15㎝方木做横带，横带间距60㎝，再用15×15㎝方木做竖带，竖带间距60㎝，横竖带连接牢固，模板支立时用10×10㎝方木做水平和斜向支撑。
外模在木工加工区分块做好按拼装次序标记，运至施工现场拼装。
为了便于拆模和整体加工吊装，箱梁内模采用木模。
使用5㎝厚大板，大板上铺15mm厚酚醛覆面胶合板，为周转使用内模，在胶合板外包裹塑料布。
木板板面内撑采用10×10㎝方木骨架，骨架间距40㎝。
骨架必须拼制牢固，能有效承受施工中传来荷载。
2.4.2模板验算
2.4.2.1底模验算
（1）横梁处
1）底模验算
取1mm宽的板条作为计算单元，
则线荷载q=58×0.001=0.058kN/m=0.058N/mm；
底模大板与胶合板厚度为65mm。
考虑材料不规则折减，h取55mm。
则W=bh2/6=1×552/6=504.2mm3。
a、强度验算
按三跨连续梁计算，由相关表中查得Km=-0.117，Kv=-0.617，Kf=0.990。
力学模型如下：
则Mmax=Kmql2=-0.117×0.058×9002=-5496.66N•mm
fmax=Mmax/W=5496.66/504.2=10.9N/mm2<〖fm〗=13N/mm2
强度满足要求。
b、剪应力验算
V=Kvql=-0.617×0.058×900=-32.3N
剪应力τmax=
=3×32.3/（2×1×55）=0.88N/mm2<〖fv〗=1.4N/mm2
满足要求。
c、挠度验算
q=0.0431N/mm；I=bh3/12=1×553/12=13864mm4
ωmax=Kfql4/（100EI）=0.990×0.0431×9004/（100×9000×13864）
=2.24mm<900/400=2.25mm。
挠度满足要求。
2）支撑横楞验算
支撑横楞为顺桥方向的150×150mm方木，间距900mm，计算跨度600mm，按照三等跨连续梁计算，由相关表中查得Km=-0.117，Kv=-0.617，Kf=0.990。
受力模型如下：
a、强度验算
q=0.058×900=52.2N/mm，w=bh2/6=150×1502/6=562500mm3
则Mmax=Kmql2=-0.117×52.2×6002=-2.2×106N•mm
fmax=Mmax/W=2.2×106/562500=3.92N/mm2<〖fm〗=13N/mm2
强度满足要求。
b、剪应力验算
V=Kvql=-0.617×52.2×600=-19325N
剪应力τmax=
=3×19325/（2×150×150）=1.29N/mm2<〖fv〗=1.4N/mm2，满足要求。
c、挠度验算
q=0.0431×900＝38.8N/mm；I=bh
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