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摘要：通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，箱梁因內(nèi)模上浮造成的病害較為普遍。為降低箱梁內(nèi)模上浮現(xiàn)象的發(fā)生，對箱梁混凝土灌注過程中模具受力情況進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)制作了防止內(nèi)模上浮的工裝。工裝應(yīng)用情況驗(yàn)證了對箱梁內(nèi)模上浮治理效果良好，箱梁跨中梁面超高現(xiàn)象得到很好控制。

關(guān)鍵詞：高速鐵路；箱梁；內(nèi)模上浮；工裝設(shè)計(jì)

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)占新建高速鐵路橋梁的90％以上，因此箱梁的設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量保證體系等每一工作環(huán)節(jié)的精心落實(shí)對高速鐵路的安全運(yùn)營都具有重要的意義。在箱梁預(yù)制過程中，箱梁尺寸精度最難控制的問題之一是內(nèi)模的固定。箱梁腹板混凝土薄而高，而內(nèi)模又是一個(gè)整體，混凝土在澆筑、振搗過程中對內(nèi)模的作用力（浮力）非常大而使其上?。?－2］。箱梁內(nèi)模上浮容易造成箱梁底板混凝土過厚、頂板厚度不足、梁面超高，同時(shí)很容易使箱梁兩側(cè)腹板厚度不一致。其中，梁體頂板厚度不足，容易造成橋面的承載力不足，形成重大安全隱患；而頂面超高需要對其進(jìn)行打磨處理，需投入大量的人力、物力，造成箱梁頂板質(zhì)量缺陷和成本浪費(fèi)。高速鐵路預(yù)應(yīng)力箱梁生產(chǎn)中，控制箱梁內(nèi)模使其保持正確位置這一問題始終困擾著梁場、一直難以解決，國內(nèi)對這方面的研究較少，模板生產(chǎn)廠家也沒有可靠實(shí)用的措施。本文介紹了一種實(shí)踐中研發(fā)的新型內(nèi)模固定工裝，防止箱梁內(nèi)模出現(xiàn)上浮，為高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)的箱梁生產(chǎn)提供了有力保障。

1梁體上浮病害統(tǒng)計(jì)

1．1測量方案

為保證測量結(jié)果能真實(shí)有效地反映內(nèi)模上浮情況，將箱梁底板底到頂板底的距離作為測量對象。根據(jù)梁體構(gòu)造特點(diǎn)，除兩端外，梁體內(nèi)部數(shù)據(jù)均需要通過泄水孔進(jìn)行測量?？缍?1．5m預(yù)制無砟軌道后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁（通橋（2016）2322A－II－1）底板泄水管共16個(gè)，沿梁體縱向中線左右對稱布置，距梁體跨中分別為1m、5m、9m和11．7m。結(jié)合梁體最易出現(xiàn)內(nèi)模上浮的位置，本次每孔梁測點(diǎn)選取8個(gè)點(diǎn)，分別為跨中4個(gè)泄水孔處以及距跨中9m的4個(gè)泄水孔處，測點(diǎn)位置如圖1所示。

1．2測量數(shù)據(jù)收集

理論標(biāo)準(zhǔn)段底板底到頂板底距離為2750mm。本次箱梁內(nèi)模上浮測量分3個(gè)批次，各批均為40片梁，共計(jì)120片梁，批次1底板至頂板高度平均值統(tǒng)計(jì)見圖2。由于內(nèi)模上浮，120片箱梁的底板底到頂板底距離都超出了標(biāo)準(zhǔn)值2750mm，內(nèi)模最小上浮值4．75mm、最大上浮值28．25mm、平均上浮值16．00mm，內(nèi)模上浮現(xiàn)象比較普遍。

2箱梁內(nèi)模上浮原因分析

混凝土澆筑過程中內(nèi)模板所受浮力為箱梁模板上浮的主要原因。在模板等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，混凝土浮力常常被忽略，然而在施工中，由于混凝土浮力引起的模具、預(yù)埋件及鋼筋等上浮現(xiàn)象屢見不鮮。而由于混凝土的特殊性質(zhì)，混凝土不是全流態(tài)、自身的粘結(jié)力能抵消部分浮力、早期澆筑的混凝土?xí)l(fā)生初凝等因素，故公式F浮＝G排＝ρgV排并不適用于混凝土浮力的計(jì)算［3］。模板浮力計(jì)算采用側(cè)壓力原理，P＝γh。式中：P為對模板的最大側(cè)壓強(qiáng)（kN／m2）；γ為混凝土的重力密度（kN／m3）；h為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆筑混凝土頂面的總高度（m）。內(nèi)模板斷面如圖3所示，受力簡圖如圖4所示。下斷面S1兩側(cè)倒角中部的側(cè)壓強(qiáng)P1＝γH1＝24．5kN／m3×1．97m＝48．265kN／m2。中斷面S2兩側(cè)倒角中部的側(cè)壓強(qiáng)P2＝γH2＝24．5kN／m3×0．91m＝22．295kN／m2。下導(dǎo)面長度L1＝0．5831m，下側(cè)與水平線夾角α的余弦值cosα＝0．8575；中斷面導(dǎo)面長度L2＝1．876m，中斷面導(dǎo)面與豎直線夾角β的正弦值sinβ＝0．2425。模板浮力F?。絇S＝（P1L1cosα＋P2L2sinβ）×33．2m（模具長）×2（兩側(cè)）＝2275．97kN［4］。模板重量G重＝550kN。合力F合＝F浮－G重＝1726kN。內(nèi)模承受合力1726kN（方向向上），需采取必要措施防止內(nèi)模上移。

3內(nèi)?？股细⊙b置設(shè)計(jì)

目前箱梁生產(chǎn)內(nèi)模（構(gòu)造如圖5所示）采用下桁架滑導(dǎo)、油缸頂升技術(shù)，內(nèi)模入模后采用油缸預(yù)頂就位、絲杠固定的措施控制內(nèi)模相對位置，沒有專用的防內(nèi)模上浮裝置。此種狀態(tài)下內(nèi)模在混凝土灌注時(shí)受混凝土浮力影響產(chǎn)生上浮現(xiàn)象，且越到跨中情況越嚴(yán)重。內(nèi)模上浮對梁體不論從實(shí)體質(zhì)量還是到外觀質(zhì)量都有很大影響。為控制內(nèi)模上浮，保證箱梁整體質(zhì)量和受力狀態(tài)，設(shè)計(jì)了內(nèi)模防上浮連接裝置［5］，包括防上浮拉桿、內(nèi)模支腿自動(dòng)鎖緊結(jié)構(gòu)以及底模加強(qiáng)連接部分。

3．1防上浮拉桿

內(nèi)模與底模之間依次為頂升裝置、內(nèi)模支腿扁擔(dān)梁和內(nèi)模支腿。內(nèi)模與內(nèi)模支腿扁擔(dān)梁之間為油缸固定，頂升油缸頂升到位后上下導(dǎo)梁之間位置固定不會(huì)進(jìn)一步伸長。頂升裝置的下導(dǎo)梁與內(nèi)模支腿扁擔(dān)梁之間采用防上浮拉桿連接裝置，一端固定可旋轉(zhuǎn)，另外一端采用螺母鎖緊。連接裝置結(jié)構(gòu)見圖6。

3．2內(nèi)模支腿固定裝置

內(nèi)模扁擔(dān)梁與底模板之間采用內(nèi)模支腿固定裝置連接（如圖6所示）。在底模板支腿連接位置開孔并在四周進(jìn)行加固處理，內(nèi)模支腿下端設(shè)計(jì)為倒T型結(jié)構(gòu)，使用時(shí)支腿插入底模板后旋轉(zhuǎn)90°完成自動(dòng)鎖緊，取代了操作人員進(jìn)入底模板下進(jìn)行上螺栓的操作，扁擔(dān)梁與支腿間采用螺栓緊固。

3．3制梁臺座基礎(chǔ)加強(qiáng)固定

將內(nèi)模浮力通過底模板傳導(dǎo)到制梁基礎(chǔ)，需要加強(qiáng)底模板與基礎(chǔ)連接。由于內(nèi)模上浮跨中位置位移最大，在跨中位置處進(jìn)行底模板加強(qiáng)固定，在制梁臺座基礎(chǔ)跨中處設(shè)置6個(gè)固定預(yù)埋件（見圖7），橫橋向兩排，各3個(gè)，橫橋向間距1．4m，順橋向間距1．0m。預(yù)埋件與對應(yīng)底模之間采用鋼結(jié)構(gòu)連接件進(jìn)行連接，進(jìn)一步加強(qiáng)固定。

4效果檢驗(yàn)

分別測量40片梁采用措施前后內(nèi)模跨中位置相對于固定基準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)高數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析確定措施效果。

4．1對比測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

本次共計(jì)測量40片梁的上浮情況，底板底到頂板底之間高度數(shù)據(jù)如圖8所示。（1）上浮量對比：采取防上浮裝置后內(nèi)模平均上浮8．4mm，相比采用防上浮裝置前上浮量（16mm）減小接近一半，其中最大為20．75mm，最小為1．5mm。（2）上浮區(qū)間對比：按照每5mm一個(gè)區(qū)間進(jìn)行對比，具體如表1所示。未采取措施前加權(quán)平均上浮數(shù)值：（3×10＋13×15＋11×20＋13×25）mm／40＝19．25mm。采取措施后加權(quán)平均上浮數(shù)值：（1×0＋9×5＋15×10＋10×15＋3×20＋1×25）mm／40＝10．75mm。由對比數(shù)據(jù)可以看出：使用裝置后上浮量明顯降低，本裝置可以較好的減少內(nèi)模上浮。

4．2可行性驗(yàn)證

采用BIM建模導(dǎo)入midasFEA軟件對內(nèi)模板進(jìn)行有限元分析，模板受到合力作用時(shí)，建立內(nèi)模底部結(jié)構(gòu)模型，將內(nèi)模頂部固定，分析結(jié)果如圖9所示。內(nèi)模中部變形0．01mm，角部最大變形量為5．5mm；事實(shí)上內(nèi)模有各個(gè)方向的液壓撐桿約束，變形會(huì)很小。通過BIM軟件模擬，增加防上浮裝置可以有效控制內(nèi)模上浮量，而模具變形情況也很小。

5結(jié)論

本文針對鐵路箱梁生產(chǎn)過程中內(nèi)模上浮控制進(jìn)行試驗(yàn)研究，對箱梁模具工裝在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，得到結(jié)論如下：（1）通過設(shè)計(jì)自動(dòng)鎖止工具，增加防上浮拉桿，加強(qiáng)底模板與制梁臺座基礎(chǔ)連接，將混凝土上浮力直接傳遞到制梁臺座中，拆模時(shí)通過自動(dòng)落鎖工具完成拆除動(dòng)作，避免了工人鉆到模具底部進(jìn)行操作。（2）采用防上浮裝置后，平均上浮量減小近一半。此防上浮技術(shù)，可有效防止箱梁澆筑時(shí)內(nèi)模上浮，并且具有操作簡單、造價(jià)低等特點(diǎn)，為國內(nèi)同類型產(chǎn)品的內(nèi)模上浮問題提供了成熟有效的解決方案。對于其他精度要求比較高的混凝土預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)也有一定參考作用。

參考文獻(xiàn)

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［5］葛尊偉，黃衛(wèi)青，彭遠(yuǎn)揚(yáng)，等．預(yù)制小箱梁內(nèi)模上浮的防治工藝研究［J］．交通科技，2017（02）：84－86．

作者:白一凡 單位:中鐵十四局集團(tuán)房橋有限公司