沉箱模板设计方案

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1、沉箱模板设计方案1、概况1.1工程概况厦门港嵩屿港区二期工程东侧码头260m及北侧码头工程为重力式沉箱结构, 沉箱共17件，分为6种规格，其中标准型沉箱1件，异型沉箱2件，小沉箱14 件。沉箱计划在漳州开发区预制厂进行预制。1.2工艺选择沉箱预制采用滑模施工方法进行预制，一次浇筑成型。沉箱模板分为两部份，第一部分为底侧模板，高度1.35m ；第二部份为滑升 模板，模板有效高度1.1m。本项目CK2沉箱尺寸为最大，单体滑模重量为63t： 2.模板主要结构及参数2.1模板主要结构滑升模板由组合钢模作板面，角钢作围囹、钢桁架作支撑骨架组成；模板之 间由提升架连接成一整体，通过两条特制的吊具，一次安装

2、。2.2滑模装置包括：模板系统：包括模板、围圈、提升架；操作平台系统：包括分浆平台、钢筋堆放平台、吊脚手架；液压提升系统：包括液压控制台、油路、千斤顶、支撑杆；2.3系统部件的设计与制作1模板按沉箱横截面形状尺寸设计。模板高度1.1m，选用P3012和P3011定型组 合钢模板拼装，钢板厚度2.5mm，板面平整，四角方正，除接触砼面外，均刷防 锈漆。2围圈围圈设计成桁架式，上、下弦杆选用Z80X80X8角钢，直、斜腹杆选用 Z63X63X6角钢，构件之间连接采用焊接。围圈上、下弦杆间距70cm，上弦杆 距模板上口 30cm，围圈在转角处设计成刚性节点。围圈示意如下图。N1ffH闻(i?)B12

3、.2用陶与连接件及IW构道示部即邮诛邮；(b)围照黯杵不勰l-SBi 9-戳的3T栓血A下噩；1脱拓T-iffiffc B-琵曲3提升架在内外围圈之间布置双横梁开形提升架，横梁与立柱用高强螺栓连接，两 者轴线在同一平面。提升架下横梁与模板顶部的净高度为40cm。相邻提升架间 距不大于1.5m。根据计算，提升架共布置118组。提升架示意如下图。530mm(380mm)墙模板剖面710mm(310mm)墙模板剖面4操作平台系统内操作平台设在12个箱格顶部，由桁架、横撑、斜撑、盖板(4mm加肋钢 板)。桁架支撑在围圈上，在支撑处设托架。盖板设计成活动式，浇底板砼时， 不盖盖板。外操作平台设在沉箱外壁

4、一周，由桁架和面板、防护栏组成，桁架焊在支 撑架上，外挑宽度100cm，铺3mm厚钢板。操作平台示意如下图。图1N1操作平台系统示意图h辅聊平台：芝一 1：操作平台：透一吊脚手毅：!一三珀睡架；承爪桁猷：1防护耗精吊脚手架由吊杆（铁链）、横梁、脚手板（竹跳板）、防护安全网组成，用 于检查混凝土质量、表面装饰以及模板的检修和拆卸等工作。N心网心GM-对，12. 6币脚手架1外吊脚丁qqs 2内以脚手-杆1 3木柳，4EBT板I S固定吊杆的T6 演械：7 连魅鳏校，H 十承禾梢架$）一二旬排架10-防护伫杵5液压控制台液压控制台布置在地面上，用软油管与滑模油路相连，通过电路与模板上 的电控箱连接

5、，在滑模上操作液压台。液压操作台的选用与检验必须符合下列规定：1）液压操作台内，油泵的额定压力不应小于8MPa2）液压控制台内，换向阀和溢流阀的流量及额定压力均应等于或大于油泵 的流量和液压系统最大工作压力，阀的公称内径不应小于10mm，宜采用通流能 力大、动作速度快、密封性能好、工作可靠的三通逻辑换向阀。3）液压控制台的油箱应易散热、排污，并应有油液过滤的装置，油箱的有 效容量为油泵排油量的2倍以上。4）液压控制台供电方式应采用三相五线制，电气控制系统应保证电动机、 换向阀等按滑模千斤顶爬升的要求正常工作，并应加设多个备用插座。5）液压控制台应设有油压表、漏电保护装置、电压及电流表、工作信号

6、灯 和控制加压、回油、停滑报警、滑升次数时间继电器等。根据以上规定，我厂选用江苏江都揽月机械有限公司的HY-72型液压控制 台及配套QYD-35型楔块式液压千斤顶、高压油管等附件。参数如下图所示。HY-72压控制台液压旖棋成套装置-液压滑模设备-波医控制台系豌也 号柱术项目HY36SHY36HY员HYT3豳运工佗压力8888颜定说昌3636567205OXi54i：iXH：iyi：i350X695 X 1090950X750 X1200114_5XS75 X 1443庙是280300400C20HY%慎压控制台HY-36SE控制舍HY-56压控制台液压控制台内，油泵、换向阀、溢流阀额定压力8M

7、pa，流量72L/min，阀的 公称内径25mm。液压控制台油箱的有效容量为240m3,满足施工需要。6油路图1巳了 捉升某统池J K控制瓠啊原州图1 池汕糊:；2 甲向I叫转交流也劫机彳耳一袖/三1 JK /j-fe； 新 帑祁l；Hh 7 怵比摊I型网i村 谄洲Uhhw一hhfii I r-JT JJi油路沿提升架边布置成回路，主油路采用高压耐油钢管，遇千斤顶位置开孔 用高压橡胶管与千斤顶相连。油路耐压力为12Mpa，主油管内径25mm，连接千斤顶的油管内径8mm。油管接头，限位阀及针形阀耐压力，通径与油管相适应。液压油具有良好的滑性和稳定性，油箱设过滤器。油路的设计与检验应符合下列规定：

8、1）输油管应采用高压耐油胶管或金属管，其耐压力不得低于25MPa。主油 管内径不得小于16mm，二级分油管内径宜为1016mm，连接千斤顶的油管内径 宜为610mm。2）油管接头、针形阀的耐压力和通径应与输油管相适应。3）液压油应定期进行过滤，并应有良好的润滑性和稳定性，其各项指标应 符合国家现行油管标准的规定。7千斤顶千斤顶布置在支撑架下横梁上，用垫板放平加固。千斤顶额定工作压力8Mpa，持压5min，各密封处无渗漏。卡头锁固牢靠，放松灵活。采用穿心楔块式液压千斤顶，在1.2倍额定荷载作用下，锁固时回降量不大 于5mm。同一批组装的千斤顶，调整其行程，使其在相同荷载作用下行程差不大 于2mm

9、。我厂采用的QYD-35型楔块式千斤顶参数如下所示。技术项目单位型号 及 参数GYD-60 滚珠式千斤顶UYD-35 楔块式千斤顶QYDT-160 提升千斤顶QYDS-60 提梗提祥千斤 顶QYDS-100 提模提杆千斤 顶额定工作压方MPa881610-工作起重量KN30151U03050 最大起重星KN6030165B097行程mm 20戛25= 120=5 口= 100外形尺寸mm195X195X325160X 160 X280170 X 170 X482195 X I 95 k:325 2 80X28Q 灯IT1质昼服26147578130匚位用支承杆mmq)48X3. 5钢管q)方螺

10、纹钢q)32圆钢Ip 48 3. 5钢官哂3号.5钢宣安装尺寸mm4 cplT 150X 1504 cplT120X 12041|18 140X1404 14118150 X1504 tp20180 X 1808支承杆支承杆的制作材料为HRB335级巾25螺纹钢筋，支承杆的直径与QYD-35型 楔块式千斤顶配置要求相适应。制作长度为36m，用剖口焊接接长。图12. 10 支承杆的连接Ca)-焊按(b)神接】(c)统扣姓接9电路电路采用三相五线制，平台上的总配电箱、分区配电箱设置漏电保护器，配 电箱中的插座规格、数量满足施工设备的需要。所有插座均采用防水插座。照明灯具电压不高于36V。2.4滑模

11、装置的拼装程序2.4. 1拼装前准备工作1滑模装置制作前，清理场地，在平整的混凝土底模上弹出沉箱结构的轴线 及模板、围圈、提升架、支承杆、平台桁架等构件的中心线。同时在附近，设置 观测垂直偏差控制桩以及标高控制点；2准备好测量仪器及组装工具等；3模板、围圈、提升架、桁架、支承杆、连接螺栓等运至现场除锈刷漆；4滑模的组装必须在统一指挥下进行，每道工序必须有专人负责。2.4.2拼装顺序1安装围圈（先安装内围圈，后安装外围圈），调整倾斜度；2安装模板，宜先安装角模后安装其他模板3 安装提升架；4安装操作平台的桁架、支撑和平台铺板；5安装外操作平台的支架、铺板和安全栏杆等；6安装液压提升系统、布置油管

12、、电路等装置，并分别进行编号、检验；7液压系统试验合格后，插入支承杆；8待模板滑升至适当高度后，再安装安装内外吊脚手架及挂安全网。2.5滑模模板吊装由于滑升模板面积比较大，组装完成后，为保证模板起吊过程中不产生较大 的变形，在进行模板设计时，在模板上布置20个吊点，并专门设计两条吊具， 用两台20tX2的龙门吊起重机并机联合起吊，龙门吊并机后由一个起重指挥统 一指挥，起吊操作过程均缓慢进行。3模板设计计算规范3.1水运工程混凝土施工规范JTJ268-963.2混凝土结构工程施工及验收规范GB50204-20023.3组合钢模板技术规范GB 50214-20014模板设计计算参照手册4.1建筑工

13、程模板施工手册4.2建筑工程施工手册4.3模板工程现场施工实用手册5.模板主要结构设计计算5.1千斤顶和支承杆的计算5.1.1千斤顶最小数量确定液压提升系统所需千斤顶和支承杆的最小数量按下式确定：n .N / P0式中N总垂直荷载（kN），包括下列荷载：模板系统、操作平台系统的自重630kN；操作平台上的施工荷载设计值（包括施工人员、工具和存放材 料），在计算千斤顶和支承杆数量时，取1.0kN/m2；模板与混凝土的摩阻力，钢模板取1.53.0kN/m2，在这里取 2.0kN/m2 计算；P0单个千斤顶或支承杆的允许承载力（kN）,支承杆的允许承载 力按下面公式计算，千斤顶的承载力为千斤顶额定提

14、升能力的 1/2,两者中取其较小者。总垂直荷载N值计算：模板面与混凝土接触面总面积：A=295m2，操作平台面积：A=292m2则 N=630+1.0X292+2.0X295 = 1512kNP0值计算：P0 = a 40EI /L（L0 +式中 P0支承杆的允许承载力（kN）；a工作条件系数，取0.7；E支承杆弹性模量（kN/cm2），取值2.1X104 kN/cm2；J支承杆截面惯性矩（cm4），取1.918cm4；K安全系数，取值不应小于2.0，取2.0；L0支承杆脱空长度，从混凝土上表面至千斤顶下卡头距离（cm）， 取 70cm；则 p0 = a 40EI / IQ + 95* = 0

15、 . 7 X 40 X 2.1X104X1.9 1 8/2.0X （70+95）2】 =20.7kNQYD-35楔块式千斤顶额定提升能力为30kN，允许承载能力为：30X1/2 = 15kN两者取小值，则P0=15kN。则 n . = N/P0 = 1512/15 = 101 个根据沉箱的结构特点及操作平台的荷载分布情况，考虑千斤顶平面布置的构 造取n=112个。5.1.2支撑杆承载力验算1初升阶段支承杆的脱空长度L = 50cm,a=0.7,K = 2.0；则 p0 =a 40EI / IQ + 95* = 0 . 7 X 40 X 2.1X104X1.9 1 8/2.0X (50+95)2

16、】=26.8kNP =26.8kN15kN，安全。02正常滑升阶段支承杆的脱空长度L0 = 70cm,a=0.7,K = 2.0；则 P0 = a 40EI / l(L0 + 95* = 0 . 7 X 40 X 2.1X104X1.9 1 8/2.0X (70+95)2】=20.7kNP =20.7kN15kN，安全。03滑空阶段支承杆的脱空长度L0=184cm,a=0.8, K=1.0；则 P0 = a 40EI / L(L0 + 95* = 0 . 8 X 40 X 2.1X104X1.9 1 8/1.0X (184+95)2】=16.6kNP =16.6kN15kN，安全。05.2模板

17、面计算模板主要承受侧压力、倾倒混凝土时的冲击力和滑升时的摩擦力，因此，模 板应具有足够的刚度，保证在施工过程中不发生过大变形且拼缝紧密。振捣混凝 土时的侧压力标准值。其侧压力合力取5.0kN/m,合力的作用点约在2/5Hp处。倾倒混凝土时模板承受的冲击力，作用于模板侧面的水平集中荷载标准值为1.0kN。根据滑动模板工程技术规范GB50113-2005规范规定，模板面计算承载 能力荷载标准值为：6kN/m。P3012组合钢模在模板支点间距为900mm、均布荷载为30kN/m2时(相当于集 中荷载p=10N/mm)，最大挠度不超过1.5mm;在实际使用过程中，模板支点间距为70cm,均布荷载标准值

18、为6kN/m2，小于30kN/m2，满足使用要求。5.3围圈计算5.3.1弯矩计算围圈是模板的横向支撑肋，上下各设一道，它是以提升架为支座的双向受弯 连续梁，同时承受水平荷载（混凝土侧压力、冲击力）和垂直荷载（模板和围圈 的自重力和摩阻力）。围圈的计算按三跨连续梁支撑在提升架上考虑，模板面的支座反力作为均布 荷载，计算跨度等于提升架间距，提升架间距按1.5m验算。由于混凝土是轮圈 依次浇注，作用在围圈上的荷载并非均匀分布于各跨，按照最不利组合，近似取 荷载布置于两跨考虑。1水平方向弯矩水平方向最大弯矩Mx = 0.117qH,L2式中 qH围圈承受的水平荷载设计值（N/mm），由模板面的支座反

19、力求得；L提升架的间距（mm）；0.117水平荷载系数。根据计算，模板面的支座反力q1 = 3.6kN，q2 = 2.4kN，取大值。4872* 2才 28*42* 30 /Mx = 0.117qH - L2 = 0.117X3.6X 15002 = 94.77X 104N - mm2垂直方向弯矩 垂直方向最大弯矩My = 0.1q , L2式中qv围圈承受的垂直荷载设计值（N/mm）,包括模板及围圈的自重以及滑动过程的摩阻力；L提升架的间距（mm）；0.1垂直荷载系数。My = 0.1qv - L2 = 0.1 X5.6X 15002=126X 104N - mm5.3.2强度验算n =-

20、+ fy W y WY、y截面塑性发展系数，取y =1, y =1。y工yM Mb =+y-y W y W94.77 x 104126 x 104+1 x 12.8 x 1031 x 12.8 x 103=172.5N / mm2 215N / mm2采用Z80X80围圈，其截面参数为：Wx=12.8cm3Wy=12.8cm3。满足要求。5.3.3整体稳定性验算MMb =x- + f览Wy W% 绕强轴x弯曲所确定的梁整体稳定系数，查表得中人=0.635y y 截面塑性发展系数，取yy =1。采用 Z80X80 围圈，其截面参数为：Wx= Wy=12.8cm3，Ix = Iy=73.49cm4

21、MMb = +*-中W y W94.77 x 104126 x 104+= 207.2N / mm2 215N / mm2 0.681 x 12.8 x 1031 x 12.8 x 103。满足要求。5.3.4挠度验算3.6 x 150041验算侧向变形V = 0.00677 - = 0.00677 x3* x 15004= 0.8mm v = 土 = 3mmmaxEI2.1 x 105 x 73.49 x 104500。满足要求。2验算垂直方向变形V = 0.00677 = 0.00677 x5* x 1504=成晌 v = _L = 3mmmaxEI2.1 x 105 x 73.49 x

22、104500。满足要求。5.4提升架横梁计算横梁按两端为固定端梁计算，其弯矩：M =1/8 (FL)=1/8X(150 00 X 791)=1.48X106NmmmaxF千斤顶的顶升力。强度验算：=32.36N / mm2 f = 215N / mm2町 _ 1.48 x 106讨矢一1W x 14 x 14026。满足要求。5.5吊具设计强度验算为有效减少整体模板在吊装时的变形，增强稳定性，采用240a槽钢组成横 吊梁(铁扁担)进行吊装，使用时采用两组吊梁，每组吊梁设2个主吊点及按沉 箱规格设置10个吊环对模板进行起吊作业。横吊梁的整体稳定性按下式计算：虬+/+也 f叩w E N)匕1xx

23、NEx式中N吊重对横吊梁的轴向压力；Mx、My分别为由横吊梁自重产生的跨中弯矩和侧向弯矩；w1x、w1y分别为横吊梁在水平和垂直方向的截面抵抗矩；中x 在弯矩作用平面内的轴心受压构件稳定系数；A横吊梁截面积；P球弯矩作用平面内的等效弯矩系数;Py弯矩作用平面外的等效弯矩系数;Ex欧拉临界力，NEx丸2 EAE钢材的弹性模量;人x 横吊梁于x方向的长细比。1 40a槽钢的有关数据高度 h = 400mm,翼宽 b = 100mm,腹板厚 d=10.5mm,截面面积 A=75.068cm2, 重力 g = 589.28N/m；截面惯性矩 I =17600cm4, I =592cm4；截面抵抗矩 W

24、=879cm3, W=78.8cm3；截面回转半径i=15.3cm, i =2.81cm；xy截面形心、至腹板外侧的距离Z0 = 2.49cm。横吊梁组合截面的截面面积、惯性矩及回转半径：A =2X75.068 = 150.14cm2；总】x 总= 2X17600 = 35200cm4；W 总= 2X879 = 1758cm3；,7 35200= a = ,=234.44cm ；150.14】y 总=292+7568罚一249）2=965169质；W 总 Mm69/10*5.1.9651.67=,=64.28cm。150.14总2横吊梁的长细比核算 人=L = 1880 =8.02（V人=15

25、0）。满足x 总 i 234.44x总人=-L = -1880 =29.25（V人=150）。满足y 总 i 64.28 y总3横吊梁内力计算（考虑附加动力系数1.2）gM = 2gX1.2 = 2X589.28X1.2 = 1414N/m-1.41N/mm 由横吊梁自重产生的跨中弯矩：1,1M = g 12 = x 1.41 x 188002 = 62293800N - mm x 8 总 081侧向弯矩M =仍M = 6229380N - mm吊重对横吊梁的轴向压力N-x 630 x 1.5N =灯=4= 409kNtg侦tg 304横梁的整体稳定性核算因入总= 8.02，查钢结构设计规范得

26、中=0.997, p =1.0, p邛= 1.0；NEx兀 2EA 3.142 x 206 x 103 x 15014=474104624N人28.022X将上述数据代入公式得:、+PmMx+tA叩w E N)七 1x x NEx4090001 x 622938001 x 6229380=+0.7 x 15014 1758000(1 - 0.997 x 409000)965170474104624=27 + 35 + 6 = 68N / mm2 f = 215N / mm2故，整体稳定性符合要求。6.结论在我局，滑模施工工艺预制大型沉箱构件已有20多年历史，已成功地应用 于多个港口工程项目中，对滑模施工工艺已经具有丰富的施工经验，对滑模系统 的设置及安全防护的技术措施是成熟的。