CN110670484B - 一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板，包括横向与竖向连接板、横向与竖向加劲肋、横向与竖向嵌固板、维护板与应变传感器，其中维护板由PPE塑料板、PTFE内膜组成。所述连接板、加劲肋和嵌固板共同构成模板骨架，PPE塑料板填充模板骨架形成模板整体结构。所述横向加劲肋端部设有运动机构，可使横向加劲肋沿竖向运动；所述维护板内埋有应力传感器，横向加劲肋可根据应力传感器监测结果智能调节其位置，实现模板刚度的最优化分布。PTFE内膜固结于PPE塑料板内壁，保证模板内壁光滑性，有利于脱膜。本发明具有质量轻、强度高、几何尺寸稳定性好、无需脱模机施工等特点，可适用于在各种环境下施工，保证混凝土成型的稳定性。

Description

一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板。

背景技术

模板是土木工程结构施工中的重要工具，混凝土的成形质量、施工效率很大程度上决定于模板。众多模板根据材料类型主要可分为木模板、金属模板与塑料模板等。随着建筑市场要求的不断变化，木模板由于周转率低、不利于环保正逐渐被金属模板和塑料模板代替，主要在局部构件的施工中使用。金属模板具有刚度大，不易变形等特点，是目前桥墩施工中的主要模板类型。但钢模板重量过大，导致运输、安装需依赖于大型起重机械。塑料模板作为一种新型模板，具其质量低、制作方便的优点，但刚度与强度不足，导致混凝土成形差，在较大的混凝土侧压下模板易发生结构破坏，主要使用于小型结构或构件的混凝土施工中。

为适应更广泛的施工环境，模板设计需不断向轻型化发展。如当桥梁桥墩施工场地位于铁路线之间或狭窄的巷道等空间有限的区域时，大型起重机械的工作将受到严格的限制，此时重型模板的运输与安装将给施工带来了巨大的困难。现有的模板中，以钢材为主的金属模板由于优异的尺寸稳定性普遍应用于各类结构施工程中，但钢材密度大、质量重，不能满足模板轻型化的要求。塑料模板相比于钢模板重量大大降低，但由于其强度与刚度不足，主要应用于混凝土浇筑量较少的小型结构中，无法满足桥梁等混凝土体积大、线形要求高的结构的混凝土施工要求。

部分模板为满足轻型模板刚度和重量的要求，选择将大模板小型化，零散为各个小块。模板零散化不仅增加了混凝土表面的拼接缝，影响混凝土美观，同时增加了施工工序，影响施工效率，有违现代模板面向“标准化、整体化”发展的基本要求。此外，也有人通过增加塑料模板厚度来改善塑料模板刚度不足的缺点，但此方法不仅让模板显得臃肿，且不利于环保。因此，为降低模板对起重机械的依赖，便于在各种环境下施工，并保证混凝土成型的稳定性，研发一种质量轻、刚度大且符合现代模板设计基本要求的轻型模板具有重要的意义与价值。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板，质量轻、强度高，可实现模板刚度智能分配、无脱模剂施工，便于在各种环境下施工，保证混凝土成型的稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板，包括横向连接板、竖向连接板、横向加劲肋、竖向加劲肋、横向嵌固板、竖向嵌固板、维护板与应变传感器，其中维护板由PPE（聚苯醚）塑料板和PTFE（聚四氟乙烯）内膜组成的弧形板；所述横向连接板为长条状圆弧形薄钢板，所述竖向连接板为C字型钢，所述横向加劲肋为矩形钢管，所述竖向加劲肋为工字型钢，所述横向嵌固板与竖向嵌固板为薄钢板，竖向嵌固板与对应的竖向加劲肋固接，横向嵌固板与竖向嵌固板在相交处固结，竖向加劲肋、横向嵌固板、竖向嵌固板均在其端部与连接板固接，横向加劲肋可沿竖向加劲肋移动，所述应力传感器埋置于维护板中，沿模板壁竖向布置；连接板、加劲肋、嵌固板共同组成模板骨架，PPE塑料板填充模板骨架形成模板整体结构；横向连接板与竖向连接板均设有连接孔，可通过连接孔实现相邻模板的拼接。

进一步的，所述横向嵌固板与竖向嵌固板为带凸齿的薄长条钢板，嵌固板整体埋置与维护板中，并按等间距布置，竖向嵌固板与竖向加劲肋固结为一体，横向嵌固板与横向加劲肋间无连接。

进一步的，所述PPE塑料板采用工程塑料PPE制作，其填充模板骨架作为模板壁的主体结构，所述PTFE内膜固结于PPE塑料板内壁。

进一步的，所述竖向连接板与竖向加劲肋在其模板壁侧设有齿轨，所述横向加劲肋内部设有应力分析单元与电动马达，其端部设有传动齿轮、传动轴、滑动轮和固定轴，传动轴一端连接传动齿轮，另一端连接电动马达，固定轴一端连接滑动轮一端与横向加劲肋固结。

本发明的有益效果是：

（1）本发明利用钢结构作为模板骨架，并采用工程塑料PPE填充模板骨架形成模板整体结构，在确保模板刚度的同时降低了模板质量。

（2）通过自动调节横向加劲肋的位置，可实现模板刚度智能分配，避免了过多的布置横向加劲肋，进一步减小了模板总体质量。

（3）在PPE塑料板内壁设置PTFE薄膜，利用PTFE材料的超低摩擦性能值增强了模板内壁的光滑性，保证了混凝土表面的美观性，实现无脱模剂施工。

（4）综合利用了钢材、PPE塑料和PTFE等几种材料的性能，实现了模板结构的“轻质、高强”，在土木工程结构混凝土施工中有着良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明外壁面结构示意图；

图2是本发明所述模板骨架前立面图；

图3是图1中A-A剖面图；

图4是图1中B-B剖面图；

图5是本发明所述嵌固板结构示意图；

图6是横向加劲肋运动机构立面图；

图7是横向加劲肋运动机构俯视图；

图8是横向加劲肋位置变化后结构示意图。

附图标记列表：

横向连接板1；竖向连接板2；横向加劲肋3；竖向加劲肋4；维护板5；连接孔6；横向嵌固板7；竖向嵌固板8；PPE塑料板9；PTFE内膜10；应变传感器11；齿轨12；滑动轮13；传动轮14；传动轴15；电动马达16；应力分析单元17；固定轴18；凸齿19。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1至5所示，本发明的一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板的横向连接板1为薄钢板，竖向连接板2为C字型钢，横向加劲肋3为矩形钢管，竖向加劲肋4为工字型钢，横向嵌固板7与竖向嵌固板8为薄钢板。竖向嵌固板8与对应的竖向加劲肋4和竖向连接板2焊接，横向嵌固板7沿竖向均匀布置，与横向加劲肋3之间无连接。横向连接板1、竖向连接板2、竖向加劲肋4、横向嵌固板7与竖向嵌固板8在其相交处固结为一体，与横向加劲肋3一起组成模板骨架，为模板提供刚度，约束模板壁的变形。

如图3至5所示，维护板5由PPE塑料板9和PTFE内膜10组成的弧形板，PPE塑料板9完全覆盖横向嵌固板7与竖向嵌固板8形成模板整体结构，嵌固板表面带有凸齿19，保证PPE塑料板9与嵌固板之间连接的稳定性、整体性。采用PPE塑料作为模板主体围挡结构从而降低模板质量，此外，由于PPE塑料具有良好的抗冲击性、耐高热性与几何尺寸稳定性，能较好的适应高温高热环境、承受施工中的各种撞击，有利于模板的长期使用。所述应力传感器11埋置于PPE塑料板9中，沿模板壁竖向布置；PTFE内膜10固结于PPE塑料板9内壁，利用PTFE材料的超低摩擦性增强模板内壁的光滑性，降低混凝土与模板壁间的粘结度，保证混凝土表面的光洁度，实现无脱模剂施工。

如图6和7所示，在竖向连接板2与竖向加劲肋4模板壁侧设有齿轨12，在横向加劲肋3内部设有电动马达16和应力分析单元17，在横向加劲肋3端部设有传动齿轮14、滑动轮13、传动轴15和固定轴18。电动马达16可驱动传动齿轮14转动，从而使横向加劲肋3沿齿轨12运动。在横向加劲肋3运动过程中，滑动轮13沿竖向连接板2和竖向加劲肋4远离模板壁侧滚动，可减小横向加劲肋3运动过程中的摩擦阻力。固定轴18与横向加劲肋3端部固接，以利于横向加劲肋3内力向竖向构件传导。

如图8所示，横向加劲肋3可根据模板侧压力的大小自动调节其位置，智能分配由横向加劲肋提供的刚度。通过自动调节横向加劲肋3位置，在侧压力大的区域进行加密，在侧压力小的区域减少横向加劲肋3的数量，从而自动适应不同压力区刚度要求，避免在侧压力较小的区域设置过多横向加劲肋，进一步实现材料的高效利用，减少钢材的使用，降低模板质量。在模板刚度智能分配过程中，主要按以下步骤实施工作：

（1）应力传感器11采集混凝土施工过程中的模板侧压力，并传输至应力分析单元17；

（2）应力分析单元17对模板应力进行分析，计算出沿模板纵向最优的横向加劲肋位置分布，并输出信号驱动电动马达16开始工作；

（3）电动马达16带动传动齿轮14沿齿轨12运动，当横向加劲肋运动到预定位置时停止工作，电动马达16断电并锁死固定横向加劲肋3位置，完成刚度分配工作。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (2)

1.一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板，其特征在于：包括横向连接板（1）、竖向连接板（2）、横向加劲肋（3）、竖向加劲肋（4）、横向嵌固板（7）、竖向嵌固板（8）、维护板（5）与应力传感器（11），其中维护板（5）由PPE塑料板（9）PTFE内膜（10）组成的弧形板；所述横向连接板（1）为长条状圆弧形薄钢板，所述竖向连接板（2）为C字型钢，所述横向加劲肋（3）为矩形钢管，所述竖向加劲肋（4）为工字型钢，所述横向嵌固板（7）与竖向嵌固板（8）为薄钢板，竖向嵌固板（8）与对应的竖向加劲肋（4）固接，横向嵌固板（7）与竖向嵌固板（8）在相交处固结，竖向加劲肋（4）、横向嵌固板（7）、竖向嵌固板（8）均在其端部与连接板固接，横向加劲肋（3）沿竖向加劲肋（4）移动，所述应力传感器（11）埋置于维护板（5）中，沿模板壁竖向布置；连接板、加劲肋、嵌固板共同组成模板骨架，PPE塑料板（9）填充模板骨架形成模板整体结构；横向连接板（1）与竖向连接板（2）均设有连接孔（6）；所述横向嵌固板（7）与竖向嵌固板（8）为带凸齿（19）的薄长条钢板，嵌固板整体埋置与维护板（5）中，并按等间距布置，竖向嵌固板（8）与竖向加劲肋（4）固结为一体，横向嵌固板（7）与横向加劲肋（3）间无连接；所述PPE塑料板（9）采用工程塑料PPE制作，其填充模板骨架作为模板壁的主体结构，所述PTFE内膜（10）固结于PPE塑料板（9）内壁；所述竖向连接板（2）与竖向加劲肋（4）在其模板壁侧设有齿轨（12），所述横向加劲肋（3）内部设有应力分析单元（17）与电动马达（16），其端部设有传动齿轮（14）、传动轴（15）、滑动轮（13）和固定轴（18），传动轴（15）一端连接传动齿轮（14），另一端连接电动马达（16），固定轴（18）一端连接滑动轮（18）一端与横向加劲肋（3）固结，所述传动齿轮（14）与齿轨（12）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种用于圆柱式桥墩的智能钢塑组合轻型模板的使用方法，其特征在于：按以下步骤实施工作：

（1）应力传感器（11）采集混凝土施工过程中的模板侧压力，并传输至应力分析单元（17）；

（2）应力分析单元（17）对模板应力进行分析，计算出沿模板纵向最优的横向加劲肋（3）位置分布，并输出信号驱动电动马达（16）开始工作；

（3）电动马达（16）带动传动齿轮（14）沿齿轨（12）运动，当横向加劲肋（3）运动到预定位置时停止工作，电动马达（16）断电并锁死固定横向加劲肋（3）位置，完成刚度分配工作。

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