一种挤压预应力墩身防模板变形装置及其设计方法

技术领域

本发明涉及墩身模板固定技术领域，具体而言，涉及一种挤压预应力墩身防模板变形装置及其设计方法。

背景技术

桥墩是支承桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的亚筑物，通常包括顶帽和墩身。

现有的墩身在浇注时往往是从下往上一段一段进行浇注的，且在浇注每一段墩身时往往都会利用墩身模板来限定墩身的形状。现有的施工方式中在墩身模板安装完成后，往往都是通过在墩身模板的外壁安装木板来进一步加固墩身模板。但在实际浇注混凝土的过程中，为了加快施工进度，当下段的墩身浇注完成且在混凝土未完全凝固之前，就会在不拆卸该段墩身的墩身模板的基础上安装上段的墩身模板，随即进行混凝土浇注。然而，由于相邻两段墩身的墩身模板往往是独立安装的，而浇注混凝土时混凝土会给墩身模板施加一个较大的侧压力，极有可能出现墩身模板变形的情况，一旦墩身模板变形将使得相邻两个墩身模板之间出现较大的缝隙，从而使得混凝土浆料从缝隙中漏出，影响施工质量和施工周期。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种挤压预应力墩身防模板变形装置，其通过利用与墩身模板的侧壁相对应的预应力梁及其连接件，能够实现向墩身模板施加一个预应力以抵消混凝土施加给墩身模板的侧压力。

本发明的第二个目的在于提供一种挤压预应力墩身防模板变形装置的设计方法，其设计出来的预应力梁能够有效的向墩身模板施加一个预应力以抵消混凝土施加给墩身模板的侧压力。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：

一方面，本发明提供一种挤压预应力墩身防模板变形装置，包括与墩身模板的侧壁一一对应的预应力梁以及连接件，两个相邻所述预应力梁之间通过所述连接件可拆卸地固定连接；所述预应力梁呈弧形结构，所述预应力梁两端朝向远离所述墩身模板外壁的方向延伸；

所述预应力梁靠近所述墩身模板外壁的一侧设有压板，所述预应力梁通过所述压板与所述墩身模板外壁抵接。

可选的，所述连接件包括有丝拉杆，所述预应力梁的两侧均设有连接孔，所述有丝拉杆依次穿过两个相邻所述预应力梁相邻两端开设的所述连接孔。

进一步的，所述连接件还包括与所述连接孔一一对应的限位板和限位螺母，所述限位板设于所述预应力梁远离所述墩身模板一侧，所述有丝拉杆贯穿所述限位板后再穿过所述连接孔，所述限位板的外侧通过所述限位螺母固定，所述有丝拉杆与所述限位螺母之间螺纹连接。

进一步的，所述限位板包括第一面板、第二面板和加强板，所述第二面板垂直设置于所述第一面板一侧，所述加强板的数量为两个，两个所述加强板相对的设置于所述第一面板和所述第二面板之间，所述第一面板开设有供所述有丝拉杆穿过的通孔，所述通孔位于两个所述加强板之间。

可选的，所述预应力梁包括第一翼缘板、第二翼缘板和腹板，所述第一翼缘板和所述第二翼缘板相对设置，所述腹板设于所述第一翼缘板和所述第二翼缘板之间，所述第一翼缘板和所述第二翼缘板之间通过所述腹板连接；

所述腹板的数量为两个，两个所述腹板相对设置。

另一方面，本发明提供一种如上述所述的挤压预应力墩身防模板变形装置的设计方法，设计过程包括：

a.计算新浇注混凝土施加给所述墩身模板的侧压力F；

b.根据所述侧压力F计算新浇注混凝土施加给所述预应力梁的线荷载Q，所述线荷载Q采用如下公式计算：

Q＝FLμ；

其中，L为新浇注混凝土底端加固梁至所述预应力梁的距离，μ为荷载修正系数；

c.以所述有拉丝杆的轴线与所述预应力梁的轴线为坐标原点，建立坐标系；其中，设所述预应力梁靠近坐标原点的端面至坐标原点的距离为U

d.根据所述线荷载Q计算所述预应力梁的应力σ、所述有丝拉杆形成的预应力S以及所述预应力梁的线型Y；

可选的，所述预应力梁的应力σ采用如下公式计算：

其中，w为所述预应力梁的抗弯模量。

可选的，所述有丝拉杆形成的预应力S采用如下公式计算：

S＝1.414QU

可选的，所述预应力梁的线型Y采用如下公式计算：

其中，

U

U

U

其中，E为所述预应力梁的弹性模量，I为所述预应力梁的截面模量。

可选的，设计过程还包括根据所述有丝拉杆形成的预应力S计算新浇注混凝土的强度P；具体计算公式如下：

其中，a为所述墩身模板的短边长度，t

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明设计合理、结构简单，通过连接件将两个相邻的预应力梁连接固定起来，在呈弧形结构的预应力梁和连接件的配合作用下，能够为墩身模板提供一个稳定的预应力以抵消浇注混凝土时混凝土施加给墩身模板的侧压力，防止墩身模板在浇注时变形导致混凝土浆料漏出的情况，保证墩身浇注施工质量的同时避免延误施工周期，并且无需后期由人工清理漏出的混凝土浆料，降低人工成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的挤压预应力墩身防模板变形装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的预应力梁的侧视图；

图3为本发明实施例1提供的限位板的主视图；

图4为本发明实施例1提供的限位板的侧视图；

图5为本发明实施例1提供的挤压预应力墩身防模板变形装置使用时的结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的挤压预应力墩身防模板变形装置的几何关系图；

图7为本发明实施例2提供的在预应力梁上建立坐标系的结构示意图。

图标：1-墩身模板，2-预应力梁，201-第一翼缘板，202-第二翼缘板，203-腹板，204-连接孔，3-压板，4-有丝拉杆，5-限位板，501-第一面板，502-第二面板，503-加强板，504-通孔，6-限位螺母。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1至图4，现有的墩身模板1是一种呈矩形对称结构的框体，其中矩形框体的每一侧边均包括直线段和圆弧段。为了实现固定此种类型的墩身模板1，本实施例提供一种挤压预应力墩身防模板变形装置，包括与墩身模板1的侧壁一一对应的预应力梁2以及连接件，预应力梁2的至少一侧面与墩身模板1的外壁相抵接，两个相邻预应力梁2之间通过连接件可拆卸地固定连接；预应力梁2呈弧形结构，预应力梁2两端朝向远离墩身模板1外壁的方向延伸。

同时，上述的预应力梁2靠近墩身模板1外壁的一侧设有压板3，预应力梁2通过压板3与墩身模板1外壁抵接，通过设置压板3以实现由预应力梁2施加给墩身模板1的预应力分布更加均匀。需要说明的是，本实施例的压板3可以但不局限于采用由聚酰胺-6材料制成的尼龙板，厚度为1cm；同时，本实施例的压板3的长度等于墩身模板1每一侧边的直线段的长度。

本实施例中，预应力梁2内侧面通过压板3与墩身模板1的外壁抵接，通过预应力梁2以及连接件的配合作用，同时采用弧形结构的预应力梁2，当连接件紧固预应力梁2的同时能够为墩身模板1提供一个稳定的预应力以抵消浇注混凝土时混凝土施加给墩身模板1的侧压力，防止墩身模板1在浇注时变形导致混凝土浆料漏出的情况，保证墩身浇注施工质量的同时避免延误施工周期，并且无需后期由人工清理漏出的混凝土浆料，降低人工成本。

在本实施例中，连接件包括有丝拉杆4，预应力梁2的两侧均设有连接孔204，有丝拉杆4依次穿过两个相邻预应力梁2相邻两端开设的连接孔204，相邻两个预应力梁2之间通过有丝拉杆4固定连接。需要说明的是，在实际实施时有丝拉杆4的轴线与水平线之间的夹角为45°，使得有丝拉杆4形成的预应力能够更好的施加至预应力梁2上。

同时，连接件还包括与连接孔204一一对应的限位板5和限位螺母6，限位板5设于预应力梁2远离墩身模板1一侧，有丝拉杆4贯穿限位板5后再穿过连接孔204，限位板5的外侧通过限位螺母6固定，有丝拉杆4与限位螺母6之间螺纹连接。当预应力梁2设置在墩身模板1的预定位置后，将有丝拉杆4分别穿过相邻两个预应力梁2相邻两端的连接孔204，同时将限位板5套在有丝拉杆4上，通过不断的旋扭限位螺母6，从而实现相邻两个预应力梁2的固定；同时通过有丝拉杆4和限位板5紧固预应力梁2，能够为预应力梁2提供一个预应力，从而实现利用预应力梁2向墩身模板1施加预应力，以利用该预应力抵消混凝土施加给墩身模板1的侧压力，实现防止墩身模板1在浇注过程中变形。同时，考虑到本挤压预应力墩身防模板变形装置在墩身浇注过程中需要重复使用，因此采用限位螺母6来固定预应力梁2也方便后期某一段墩身浇注完成后拆卸本挤压预应力墩身防模板变形装置，以用于下一段墩身的浇注。

为了提高限位板5的结构强度，该限位板5包括第一面板501、第二面板502和加强板503，第二面板502垂直设置于第一面板501一侧，加强板503的数量为两个，两个加强板503相对的设置于第一面板501和第二面板502之间，第一面板501开设有供有丝拉杆4穿过的通孔504，通孔504位于两个加强板503之间。利用第一面板501、第二面板502和加强板503，形成一个类似三角形的加强结构，以防止在浇注混凝土时限位螺母6出现松动的情况，保证预应力梁2能够持续的向墩身模板1施加一个稳定的预应力。

在本实施中，为了提高预应力梁2的结构强度，预应力梁2包括第一翼缘板201、第二翼缘板202和腹板203，第一翼缘板201和第二翼缘板202相对设置，腹板203设于第一翼缘板201和第二翼缘板202之间，第一翼缘板201和第二翼缘板202之间通过腹板203连接，通过设置第一翼缘板201、第二翼缘板202和腹板203，使得预应力梁2整体呈“工”字型，保证预应力梁2具有足够的强度以应对混凝土浇注时产生的应力。同时，本实施例的腹板203的数量为两个，两个腹板203相对设置以提高预应力梁2的结构强度，且上述供有丝拉杆4穿过的连接孔204设置在两个腹板203之间，该连接孔204分别贯穿第一翼缘板201和第二翼缘板202，保证有丝拉杆4产生的预应力能够有效的传递到预应力梁2上，从而通过预应力梁2形成预应力以施加给墩身模板1。

需要说明的是，在实际应用本挤压预应力墩身防模板变形装置固定墩身模板1时，可选择性的只在上下相邻两段墩身浇注段的墩身模板1之间用本挤压预应力墩身防模板变形装置进行固定。请参照图5，具体为：当下段墩身浇注段浇注完成且上段墩身浇注段的墩身模板1安装完成后，将本挤压预应力墩身防模板变形装置中的预应力梁2设置在相邻两个墩身模板1之间相接的位置处，利用预应力梁2上半部分与上段墩身浇注段的墩身模板1的端肋抵接，利用预应力梁2的下半部分与下段墩身浇注段的墩身模板1的端肋抵接，当预应力梁2的位置确定后，再通过有丝拉杆4、限位板5和限位螺母6将预应力梁2固定，从而通过预应力梁2向上下两段墩身浇注段的墩身模板1施加一个预应力以抵消混凝土施加给墩身模板1的侧压力，有效的防止相邻两个墩身模板1之间相接的位置处出现变形的情况，避免混凝土浆料漏出。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，提供一种如上述实施例1所述的挤压预应力墩身防模板变形装置的设计方法，主要包括预应力梁2的设计方法，其设计过程包括：

a.计算新浇注混凝土施加给墩身模板1的侧压力F；

其中，计算侧压力F可选用现有技术中的计算公式进行计算，具体可参照公式一和公式二。

公式一：

公式二：F＝γ

b.在计算得到侧压力F的基础上，根据侧压力F计算新浇注混凝土施加给预应力梁2的线荷载Q，线荷载Q采用如下公式计算：

Q＝FLμ；

其中，L为新浇注混凝土底端加固梁至预应力梁2的距离，μ为荷载修正系数；需要说明的是，当新浇注混凝土底端加固梁至预应力梁2的距离小于0.8m时，L取0.8；同时，请参照图6，本实施例中所述的墩身模板1为长方形结构，假设墩身模板1短边长度为a，长边长度为b，且a和b均为预应力梁2两侧的有丝拉杆4轴线分别与预应力梁2轴线的交点之间的距离；计算与短边对应的预应力梁2的线荷载Q时，μ＝b/a；而计算与长边对应的预应力梁2的线荷载Q时，μ＝1.0。

c.请参照图7，以有丝拉杆4的轴线与预应力梁2的轴线为坐标原点，建立坐标系；其中，设预应力梁2靠近坐标原点的端面至坐标原点的距离为U

d.根据线荷载Q计算预应力梁2的应力σ、有丝拉杆4形成的预应力S以及预应力梁2的线型Y。

其中，预应力梁2的应力σ采用如下公式计算：

其中，w为预应力梁2的抗弯模量，在实际计算时可根据现有的资料直接查询对应的抗弯模量。

有丝拉杆4形成的预应力S采用如下公式计算：

S＝1.414QU

而预应力梁2的线型Y采用如下公式计算：

其中，

U

U

U

其中，E为预应力梁2的弹性模量，I为预应力梁2的截面模量。

需要说明的是，基于预应力梁2是左右对称的结构，因此上述预应力梁2的线型Y的计算公式得出的线型仅为预应力梁2一半的线型，在得出预应力梁2一半线型后只需要镜像对称即可得到整个预应力梁2的线型。

对于上述线型Y的计算公式，在实际计算时根据需要选取χ的值，其中当χ落入U

通过上述计算预应力梁2的各种参数，即可设计出符合要求的预应力梁2。

此外，设计过程还包括根据有丝拉杆4形成的预应力S计算新浇注混凝土的强度P；具体计算公式如下：

其中，a为墩身模板1的短边长度，t

通过计算混凝土的强度P，在实际浇注按照该强度P进行浇注能够进一步保证墩身模板1不会出现变形的情况。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。