一種曲線段可變式鋼模臺車拱頂模板規格及參數劃分方法與流程

本發明屬于地下洞庫混凝土襯砌施工裝備
技術領域：
，具體涉及一種能夠滿足變截面彎道洞庫施工需求的一套曲線段可變式鋼模臺車拱頂模板規格及參數的劃分方法。
背景技術：
：混凝土被復鋼模臺車是地下洞庫施工過程中二次襯砌常用的非標產品，拱頂模板是其中必不可少的部件，它對洞庫混凝土被復的表面質量起著關鍵作用。彎道洞庫主要參數包括彎道半徑、高度、拱形、跨度等。在多斷面彎道洞庫工程施工中，經常會遇到由于洞庫的拱形、跨度或二者兼有的變化引起洞庫斷面參數的改變，變化的洞庫斷面使得傳統采用某一套規格的拱頂模板不能滿足施工需求，而需要配備和更換多套拱頂模板進行施工。這樣，不僅增加了模具投入、生產管理、轉場運輸等費用，而且在實際施工中，更換一套模板，還需要重復循環人工立模、拆模、搬運、支模等過程，大大增加了人工勞動強度和工程成本。以一臺重量60t、長度12m、跨度5m的普通鋼模臺車為例，一種彎道斷面施工中約需50多個1.0m(長)x1.2m(寬)的拱頂模板，混凝土被復前期和后期人工立模和拆模約需8個工人10-12天的工作周期。為此，研制一套能夠滿足變截面彎道洞庫施工需求的曲線段可變式鋼模臺車拱頂模板，能夠大大減少模具投入，降低工程周期，明顯提高工程的實際效益。技術實現要素：要提高曲線段可變式鋼模臺車拱頂模板的通用與互換性，其關鍵技術是對拱頂模板的規格及參數進行合理劃分，主要原因有以下兩點：一是鋼模臺車作為洞庫混凝土襯砌的常用設備，其傳統模板的工藝結構、生產制造、安裝施工等技術已基本完善，作為相對成熟技術可以借鑒到曲線段可變式鋼模臺車的拱頂模板研制中；但另外一方面，彎道洞庫的拱頂斷面形狀與直線段洞庫相比較為復雜，如何通過最少規格的模板單元節拼接、以逼近不同跨度的拱頂理論弧線是目前工程施工中的一個技術難題。為解決上述技術問題，本發明提出了一種曲線段可變式鋼模臺車的拱頂模板規格及參數的劃分方法，具體包括以下步驟：一是畫出標準寬為1200mm的一個單元節拱頂模板展開圖。1.1分別以r、(其中r為彎道半徑，li為跨度，i為跨度序號)為半徑畫出各跨度的外側、內側及中間圓弧；1.2在外側圓弧上，截取一條弧長為1200mm的標準寬，將圓心分別與圓弧兩端點相連；1.3連線分別與內側圓弧交于另外兩點，則該四點所組成的平面圖形為一個單元節拱頂模板展開圖，該展開圖的內外兩邊分別位于各跨度的內外兩側理論圓弧上，另外兩邊沿徑向分布。二是用內外兩側圓弧的弦長代替相應弧長，得到一個拱頂模板單元節展開圖的分析模型。2.1拱頂模板依靠其自身的自適應弧特殊結構，在鋼模臺車的拱梁弧形支撐以及安裝工藝下，使其發生塑性變形，多塊模板拼接成空間曲面，但在制造時的面板下料階段，需將弧長1200mm單元節模板的面板展開成平面幾何圖形；2.2一般情況下，由于彎道曲線的曲率半徑較大，模板內外兩側的弧長與其對應的弦長差別甚小，利用弦長分別代替相應弧長而引起的誤差對于建筑工程可以完全忽略不計，因此，一個拱頂模板單元節展開圖的分析模型則可簡化為一個等腰梯形，其中兩腰分別位于不同跨度下的理論圓的徑向線上，上下兩底邊分別為相應圓弧的弦線。三是根據各單元節展開圖的分析模型和各跨度的模板拱頂圓弧分布圖之間的投影對應關系，劃分模板規格。3.1按照拱形、跨度、失高、拱半徑、圓心位置等拱頂圓弧參數，畫出各跨度的理論模板拱頂圓弧；3.2用標準長為1000mm的弧長由上向下或由下向上依次劃分各跨度的理論模板拱頂圓弧；3.3利用劃分的理論模板拱頂圓弧與拱頂模板單元節展開圖的分析模型之間的投影對應關系，依次將各跨度的單元節模板劃分為若干個預標準模板和一個預特殊模板，其中1000mm弧長所對應的模板為預標準模板，最后劃分的一個不足1000mm弧長所對應的模板為預特殊模板；3.4對各預標準模板和預特殊模板進行編號，其中預標準模板記為“標i,n”，預特殊模板記為“特i,1”，其中i為跨度序號。四是將一種跨度的模板單元節與其余幾種跨度模板單元節的廓形尺寸進行對比分析，設置誤差最少的一種為基準單元節，并利用基準單元節優化標準模板規格。4.1按照步驟三劃分的標準模板規格數量與跨度有關，一般情況下有幾十種，標準模板規格數量過多，需要優化；4.2分析各跨度單元節廓形，將其中一種跨度的模板單元節與其余幾種跨度的模板單元節的廓形尺寸進行對比分析，設置誤差最少的一種為基準單元節；4.3將步驟三中劃分的基準單元節的預標準模板設置為最終標準模板，并記為“標n”，n為標準模板序號。五是結合模板的制造和安裝工藝，優化特殊模板規格。5.1為便于制造和安裝模板，劃分的所有模板長度應大于500mm，因此，在設置特殊模板時，應將長度不足500mm的特殊模板與其相連的標準模板合并，并設置為一個特殊模板，同時減少一個該跨度下的標準模板數量；5.2將優化后的特殊模板記為“特i”，i為跨度序號。六是根據各模板編號，繪制模板規格尺寸表。按照步驟四、五劃分的標準模板和特殊模板，結合曲線段可變式鋼模臺車的結構及技術參數，繪制各跨度的模板規格尺寸表。七是按照模板規格尺寸表，繪制各跨度模板配備表及展開圖。本發明的有益效果為：本發明給出了一種彎道洞庫由于跨度不同引起洞庫斷面參數改變時拱頂模板規格及參數劃分方法，當拱形發生改變時(工程中常見的拱形有1/4和1/2拱)，只需在步驟三之3.1中按照相應拱形下的拱頂圓弧參數，畫出各跨度的理論模板拱頂圓弧后，再依次完成其余步驟即可。通過本發明的方法，進行彎道洞庫施工時，只需要增減標準模板和更換特殊模板即可，極大的降低了人工勞動強度和工程成本。以彎道半徑為50000mm、1/4拱、變跨范圍4000mm-6000mm(步距500mm)的曲線段可變式鋼模臺車為例，當由最小跨度4000mm變為最大跨度6000mm時，變化量最大，此時僅需要在4000mm跨拱頂模板的基礎上，增加九個“標5”和“標6”，同時將“特1”換成“特5”即可，工程量可減少約50％。更為明顯的是，本套拱頂模板至少可以代替傳統五種斷面的拱頂模板，工程成本大大減低。附圖說明圖1為4000mm跨拱頂模板展開圖。圖2為4500mm跨拱頂模板展開圖。圖3為5000mm跨拱頂模板展開圖。圖4為5500mm跨拱頂模板展開圖。圖5為6000mm跨拱頂模板展開圖。圖6為4000mm跨單元節分析模型及尺寸。圖7為4500mm跨單元節分析模型及尺寸。圖8為5000mm跨單元節分析模型及尺寸。圖9為5500mm跨單元節分析模型及尺寸。圖10為6000mm跨單元節分析模型及尺寸。圖11為用1000mm弧長劃分4000mm跨拱頂模板。圖12為用1000mm弧長劃分4500mm跨拱頂模板。圖13為用1000mm弧長劃分5000mm跨拱頂模板。圖14為用1000mm弧長劃分5500mm跨拱頂模板。圖15為用1000mm弧長劃分6000mm跨拱頂模板。圖16為4000mm跨單元節模板規格劃分圖。圖17為4500mm跨單元節模板規格劃分圖。圖18為5000mm跨單元節模板規格劃分圖。圖19為5500mm跨單元節模板規格劃分圖。圖20為6000mm跨單元節模板規格劃分圖。圖21為4000mm跨拱頂模板展開圖。圖22為4500mm跨拱頂模板展開圖。圖23為5000mm跨拱頂模板展開圖。圖24為5500mm跨拱頂模板展開圖。圖25為6000mm拱頂跨模板展開圖。圖26為表2中標準模板和特殊模板的圖示。圖27為4000mm跨一截(3600mm長)拱頂跨模板空間排列圖。圖28為本發明的方法流程圖。具體實施方式下面的實施例可以使本領域技術人員更全面地理解本發明，但不以任何方式限制本發明。本發明以實際洞庫施工中最常見的彎道半徑為50000mm、1/4拱、變跨范圍4000mm-6000mm(步距500mm)為例，列舉出一種應用于曲線段可變式鋼模臺車(由三截框架系統組成、每截軸向長度約3600mm，總長約10800mm，各截既可單獨使用，也可組合使用)上的拱頂模板規格及參數的劃分方法。具體步驟如下：一、畫出標準寬為1200mm的九個單元節拱頂模板展開圖。1.1分別畫出4000mm、4500mm、5000mm、5500mm、6000mm五種跨度的拱頂模板外側、內側及中間圓弧，各跨度的拱頂模板圓弧半徑如表1所示。表1五種跨度的拱頂模板外側、內側及中間圓弧半徑(單位mm)跨度序號跨度外側圓弧半徑內側圓弧半徑中間圓弧半徑14000520004800050000245005225047750500003500052500475005000045500527504725050000560005300047000500001.2在各跨度的外側圓弧上，順次截取九條標準寬為1200mm的弧長，并將圓心分別與外側圓弧的各端點相連；1.3連線分別與內側圓弧相交，得到九條內側圓弧，則由內、外兩側各九段圓弧和十條徑向線段所組成的圖形為曲線段可變式鋼模臺車的拱頂模板展開圖。4000-6000mm各跨度拱頂模板展開圖如圖1-5所示。二、取出各跨度的一個拱頂模板單元節展開圖，并用內外兩側圓弧的弦長代替相應弧長，得到各跨度一個拱頂模板單元節展開圖的分析模型。2.1由于彎道曲線的曲率半徑較大，模板內外兩側的弧長與其對應的弦長差別甚小，利用弦長分別代替相應弧長而引起的誤差對于建筑工程可以完全忽略不計；2.24000-6000mm的每一個拱頂模板單元節展開圖的分析模型則可簡化為一個等腰梯形。不同跨度各單元節分析模型及尺寸如圖6-10所示。三、根據各單元節展開圖的分析模型和各跨度的模板拱頂圓弧分布圖之間的投影對應關系，劃分模板規格。3.1按照拱形、跨度、失高、拱半徑、圓心位置等拱頂圓弧參數，畫出4000-6000mm各跨度的理論模板拱頂圓弧；3.2用標準長為1000mm的弧長依次劃分各跨度的理論模板拱頂圓弧,各跨度的理論模板拱頂圓弧劃分結果如圖11-15所示；3.3利用劃分的理論模板拱頂圓弧與拱頂模板單元節展開圖的分析模型之間的投影對應關系，依次將各跨度的單元節模板劃分為若干個預標準模板和一個預特殊模板，其中1000mm弧長所對應的模板為預標準模板，最后劃分的一個不足1000mm弧長所對應的模板為預特殊模板，各跨度的單元節模板規格劃分結果如圖16-20所示；3.4對各預標準模板和預特殊模板進行編號，其中預標準模板記為“標i,n”，預特殊模板記為“特i,1”，其中i為跨度序號。四、將一種跨度的模板單元節與其余幾種跨度模板單元節的廓形尺寸進行對比分析，設置誤差最少的一種為基準單元節，并利用基準單元節優化預標準模板規格，確定出標準模板規格。4.1按照步驟三劃分的4000-6000mm預標準模板規格有二十六種，預標準模板規格數量過多，需要優化；4.2經過分析各跨度單元節廓形，將5000mm跨的單元節與其余四種跨度單元節的廓形尺寸進行對比分析，誤差最小，最大誤差為0.5392mm且出現在6000mm跨度。因此，將5000mm跨的模板單元節設置為基準單元節，并將其“標3,1、標3,2、標3,3、標3,4、標3,5”設置為最終標準拱頂模板，分別記為“標1、標2、標3、標4、標5”，同時，考慮到只有6000mm跨會用到“標5,6”，為減小誤差，將6000mm跨對應的“標5,6”模板設置為“標6”。五是結合模板的制造和安裝工藝，優化特殊模板規格。5.1為便于制造和安裝模板，劃分的所有模板長度應大于500mm，因此，在設置特殊模板時，應將長度不足500mm的特殊模板與其相連的標準模板合并，并設置為一個特殊模板，同時減少一個該跨度下的標準模板數量；5.2步驟三中劃分的特殊模板只有“特2,1”、“特4,1”的長度小于500mm(分別為“216mm”和“375mm”)，因此，應將“特2,1”、“特4,1”與其相連的標準模板合并為一個特殊模板(合并后這兩個特殊模板長度分別為1216mm和1375mm，相應的，應分別減少一個跨度4500mm和5500mm的標準模板)；5.3分別將“特1,1、特2,1+一個標準模板、特3,1、特4,1+一個標準模板、特5,1”設置為“特1、特2、特3、特4、特5”。六、根據各模板編號，繪制模板規格尺寸表。按照步驟四、五劃分的標準模板和特殊模板，結合曲線段可變式鋼模臺車的結構及技術參數，繪制各跨度的模板規格尺寸表。4000-6000mm跨共需十一種拱頂模板，其中標準模板六種，特殊模板五種。各模板規格尺寸表如表2所示。表24000-6000mm跨各模板規格尺寸表七是按照模板規格尺寸表，繪制各跨度模板配備表及展開圖。4000-6000mm各跨度所需的拱頂模板規格及數量如表3所示，拱頂模板展開圖如圖21-25所示。表34000-6000mm各跨度模板配備表以4000mm跨為例，軸線3600mm長一截的拱頂模板空間排列如圖27所示，其它跨度排列與其類似。上述給出了一種彎道洞庫由于跨度不同引起洞庫斷面參數改變時曲線段拱頂模板規格及參數劃分方法，當拱形發生改變時(工程中常見的拱形有1/4和1/2拱)，只需在步驟三之3.1中按照相應拱形下的拱頂圓弧參數，畫出各跨度下理論拱頂模板圓弧后，再依次完成其余步驟即可。具體流程如圖28所示。本領域技術人員應理解，以上實施例僅是示例性實施例，在不背離本發明的精神和范圍的情況下，所進行變化、替換以及改變也應視為包含在本發明的保護范圍內。當前第1頁12