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1、纸芯模预制空心板梁工法1.前言概括工法形成的原因和形成过程。其形成过程要求说明关键技术审定结果、工法应用及有关获奖情况；1.l形成原因空心板梁结构是公路桥梁常用的结构形式之一。传统工艺是靠“木芯模”、“胶囊”、“组合钢芯模”等实现板梁结构的“空心”，其工艺烦琐、劳动强度较大、质量控制难度偏大、进度较慢（各类芯模综合效益评价见表1.1）。表I.1芯模综合效益评价芯模类型自身造价（元）维修费（元）机械费（元）工艺难度影响模板周转（元）操作难度劳动强度安全环保质量木芯模CDBDDCBD钢芯模（组合）DCDBCDBC胶囊ABAABBBD纸芯模BAAAAAAA注明：最高（或最差）D,高（或较差）C,低（
2、或差）B,最低（好）A由表1.1中8个因素比较可知：纸芯模优于胶囊，纸芯模与胶囊优于钢芯模（组合）和木芯模。另外，纸芯模预制的板梁无需二次浇注混凝土，为刚构。其它芯模均存在二次浇注混凝土的问题。为弥补其它芯模的不足，我们开拓了“一次性纸芯模”预制空心板梁的研究工作，取得成功。1.2形成过程2005年我公司于津汕高速公路首次在4个预制场10米、13米先张梁预制中试用，取得初步成功。接着2006年底搜集资料，2007年立项研究，并于2006年10月至2007年5月在国道205线北排河大桥和2007年8月在国道205线旧城桥维修工程中研究应用；其次，2009年4月，于中疏港公路扬水站桥、2009年7
3、月于沧州沿海公路大修改建工程冯家堡南桥、2009年8月在渤海新区3号路驳盐沟桥简支空心板梁预制中得以广泛使用。1.3研究开发单位主持单位：沧州路桥工程公司；协作单位：河北工业大学。1.4关键技术的成熟性与可靠性该项工艺先后经过10余座桥梁试验研究，在100余座桥梁2000余片空心板梁预制中普遍使用，技术经检查测试结果表明已逐渐成熟，产品技术性能优异、质量可靠。1.5鉴定结果2010年6月14日，沧州市科技局组织河北工业大学杨春风副院长、天津市市政工程设计研究院王玉秀总工、交通运输部路桥通国际咨询有限公司副总工路凯冀等7名专家，对“用纸芯模预制空心板梁技术研究”进行鉴定，认为：本项目研究成果总体
4、达到了国际先进水平。1.6研究应用获奖情况1.6.12008年申报成功取“国家”专利（专利证号为：ZL200820074996.0）；1.6.2 2010年获河北省交通厅科技成果一等奖;1.6.3 2011年获沧州市科技成果二等奖。空心板梁结构是公路桥梁常用的结构形式之一。传统工艺是靠“胶囊芯模，“木芯模，”组合钢芯模”等实现板梁结构的“空心”，“胶囊”刚度小，顶板厚度不易控制，“木芯模组合钢芯模“拆除空间狭小，施工难度大。2007年,沧州路桥工程公司于河北工业大学立项进行纸芯模预制空心板梁技术研究。于2010年6月14日，经沧州市科技局组织专家鉴定，认为本研究成果总体达到了国际先进水平。并荣
5、获2010年获河北省交通厅科技成果一等奖、2011年获沧州市科技成果二等奖。以该核心技术形成的“一种用于空心梁预制的纸芯模装置）荣获2008年发明专利（专利证号为ZL200820074996.0）o通过对10余座桥和2000余片空心板梁预制施工技术进行总结，形成本工法。2.工法特点说明工法在使用功能或施工方法上的特点，与传统的施工方法比较，在工期、质量、安全、造价等技术经济效能等方面的先进性和新颖性；2.1 工期该成果的应用省去了芯模拆卸、维修、板梁端孔封堵、养生等工序，劳动强度大幅度降低，有益于工期缩短Q2.2 质量纸芯模质量控制容易，主要体现于：纸芯模由专用厂家制作，空心板腹腔顺直，几何形
6、状、尺寸精度高，益于混凝土混合料精确控制用量；可边打梁底边组合芯模，缩短了梁底与板肋混凝土的浇筑间隔,益于形成一体；定位容易、准确，空心板壁厚均匀度高于传统芯模。2.3 安全纸芯模轻便，安置耗时少，劳动强度低，无需机械设备辅助，利于安全管理；纸芯模所处环境钢筋均为绑扎，无焊接，无消防隐患。2.4 造价应用“纸芯模”预制板梁，无需“芯模拆除”、维修、梁端空心封堵与养护等工序，与传统工艺相比工程造价显著降低。2.5 结构性能由于板梁混凝土浇筑与其梁端空心封堵一次进行，整体浇筑，大大增强了板梁端头抗剪强度与板梁整体刚度。2.6技术经济效能用“纸芯模”预制板梁，可减少钢绞线浪费、缩小先张梁张拉台建筑长
7、度、减少临时占地。因此，该研究成果具有实用性、先进性和新颖性。2.工法特点2.1一次性纸芯模的应用省去了芯模拆卸、维修、板梁端孔封堵等工序，缩短预制工期。较狭窄空间拆除芯模，降低劳动强度。2 .2芯模定位容易、准确，空心板壁厚均匀度。梁板与梁端封头混凝土一次浇筑进，增强了板梁端头抗剪强度与板梁整体刚度。3 .3可不预留拆除模板空间，缩短张梁张拉台座间距，减少钢绞线操作损耗。4 .适用范围适宜采用该工法的工程对象或工程部位，某些工法还应规定最佳的技术经济条件；该研究成果，适用于预制钢筋混凝土先张空心板梁、预制钢筋混凝土简支空心板梁和桥梁抢险现场浇筑空心板梁等工程，尤其适用于小孔径空心断面板梁。3
8、、适用范围本工法适用于公路工程先张法预应力空心板梁预制，以及后张法法预应力空心板梁预制、钢筋混凝土空心板梁预制，可推广应用于市政工程空心板梁预制。芯模直径W50cm具有明显竞争力。5 .工艺原理阐述工法工艺核心部分（关键技术）应用的基本原理，并着重说明关键技术的理论基础；5.1 基本原理传统工艺预制空心板梁，由于需要抽出芯模，空心板梁两端预留与空心形状、大小相同的孔，待板梁混凝土达到施工要求后，再二次封堵其预留孔。而“纸芯模”因其“一次性”特点，无需抽出芯模，梁体混凝土与封堵预留孔混凝土一期浇筑，彻底实现了“空心板梁的整体刚性封闭”，强化了空心板梁的技术性能（见附图8、附图11、附图16、附图
9、17）o4.2理论基础首先，强化空心板技术性能的理论依据。其次，“一次性纸芯模”预制空心板梁的关键技术是“纸芯模”的强度、刚度及遇水后衰减规律，能否在混凝土初、终凝过程中保持应有的技术性能？“纸芯模”与混凝土形为一体，长此以往是否会侵蚀混凝土？其技术保障措施及其科学性。其三，“纸芯模”原材料“纸筒”的强度、刚度计算参数和强度测定方法的确定也是影响其研究应用的关键。4.2.1理论依据请河北工业大学土木工程学院的梁栋博士指导理论研究，建立了有限元模型；进行了正截面受力模拟计算，抗扭能力模拟计算和一次性纸芯模预制空心板梁与常规预制空心板梁的受力对比分析（其结果见表4.2.1）。模拟计算对比分析结果表
10、明：“纸芯模”作为一种新型模板结构，预制的空心板梁，较传统工艺，大大增强了空心板梁端头的刚度与强度，其结构抵御载荷的能力得到显著提高，尤其对于提高空心板梁的抗扭能力起到了决定性作用。表4.2.1一次性纸芯模与传统芯模预制空心板梁力学性能比较序号力学指标单位预制空心板梁模拟计算结果分析比较一次性纸芯模传统芯模1跨中上缘压应力MPa5.145.31降低3.2%2跨中下缘拉应力MPa4.934.9303挠度nun1.0331.049降低1.53%4L/4截面处主拉应力MPa降低16.5%5偏载竖向位移mm1.591.70降低6.47%理论研究的突破，坚实了“一次性纸芯模”预制空心板梁的理论基础。4.
11、2.2“纸芯模”遇水后强度、刚度衰减研究表明：未经处理的“纸芯模”，遇水后强度、刚度衰减严重。所以必须对其进行防水处理，见表4.2.2：表4.2.2纸芯模防水处理方式板梁空心直径处理方式备注150mm纸筒浸蜡或袋状塑料薄膜套装封闭150mm纸筒浸蜡；袋状塑料薄膜套装封闭4.2.3“纸芯模”对混凝土的侵蚀研究表明：“纸芯模”的浸水溶液呈碱性，对混凝土没有侵蚀作用；同时，强调其“袋状塑料薄膜套装封闭纸芯模”，彻底隔离了混凝土与“纸芯模”的接触。4.2.4力学指标经室内研究确定了纸芯模原材料纸筒的“变形”、“内力”、“弹性模量”、“泊松比”等力学指标（见表4.2.4）,可满足设计和施工工艺策划需要。
12、*4.2.4纸芯模力学指标泊松比弹性横（Mpa）抗拉极限强度（MPa）抗拉极限应变备注0.141300-14002.201650X1064.2.5强度测定方法用压力机测定“纸芯模”原材料“纸筒”的实际抵抗垂直压力,然后与“纸芯模”在施工过程中可能承受的最大荷载相比，依此选择“纸芯模”材质、厚度、形状。4. 26强度设计原则研究明确了：按“纸芯模”抵抗垂直压力21.52.0X荷载折算垂直压力作为强度设计原则，其保险系数随直径增大(或减小)而提高(或降低)。设计标准参照现行桥涵施工技术规范或(实用土木工程手册杨文渊编著)执行。4.3工艺评价4.3.1 “木芯模”预制先张板梁的工艺流程“木芯模”预制
13、先张板梁的工艺流程共有14道工序。建张拉台一安装调试张拉设备一处理底模f设置底模隔离剂f张拉钢绞线f绑扎钢筋一支立侧模一芯模制作、组装f浇注梁底混凝土f安置芯模一(11)浇注两侧及梁顶混凝土f(拆除木芯模并修整f支梁端封孔内模f浇注梁端封孔混凝土。4.3.2 3.2“充气胶囊芯模”预制先张板梁的工艺流程“充气胶囊芯模”预制先张板梁的工艺流程共有13道工序。建张拉台一安装调试张拉设备一处理底模一设置底模隔离剂f张拉钢绞线f绑扎钢筋一支立侧模f浇注梁底混凝土f安置胶囊芯模f(10)浇注两侧及梁顶混凝土（三）抽出胶囊芯模f检查维修f板梁养生一(14)支梁端封孔内模f(15)浇注梁端封孔混凝土。4.3
14、.3 ”一次性纸芯模”预制先张板梁的工艺流程“木芯模”预制先张板梁的工艺流程共有11道工序。建张拉台一安装调试张拉设备一处理底模一设置底模隔离剂f张拉钢绞线f绑扎钢筋f支立侧模f纸芯模制作、组装一浇注梁底混凝土f安置纸芯模一QD浇注两侧、端头封孔及梁顶混凝土。4. 3.4工艺评价“一次性纸芯模”与“木芯模”、“充气胶囊芯模”预制板梁工艺比较可知，“一次性纸芯模”较传统工艺（见附图1、附图2）不仅减少了工序，而且，将空心板主体、封孔混凝土，由以往“两期浇筑”变为“一期浇筑”（见附图16、附图17）,大大缩短了工期；并且，由于实现了整体刚性封闭空心板梁，因此大大增强了板梁端抗剪强度，提高了空心板梁
15、的刚度；有益于板梁的抵御荷载能力的提高和耐久性的增强。4.工艺原理纸芯模为工厂化生产，一次性应用，不需要抽出，省去了芯模拆卸、梁端封堵等工序，梁板与梁端封头混凝土一次浇筑进，增强了空心板梁的整体刚性封闭。纸芯模通过纸筒浸蜡或袋状塑料薄膜套装封闭，防止遇水后强度、刚度的衰减，以及浸水溶液对混凝土侵蚀。5.施工工艺流程及操作要点工艺流程和操作要点是工法的重要内容。应该按照工艺发生的顺序或者事物发展的客观规律来编制工艺流程,并在操作要点中分别加以描述。对于使用文字不容易表达清楚的内容,要附以必要的图表;工艺流程要重点讲清基本工艺过程，并讲清工序间的衔接和相互之间的关系以及关键所在。工艺流程最好采用流程图来描述。对于构件、材料或机具使用上的差异而引起的流程变化，应当说明清楚；用“一次性
