江苏省南京市中国核工业华兴建设有限公司 21000
摘要：本文主要以阳江核电站CPR1000堆型核电站所采用的CPR1000标准大模板体系为研究对象，通过对 CPR1000模板自稳定性的分析，以及采取的相关技术措施，来提高模板临时存放的安全性及支设速度。
关键词：CPR1000 模板 自稳定性
1 CPR1000模板自稳定装置介绍
CPR1000标准模板共15中规格。长度共四种规格，分别为1220、1830mm、2440mm、4880mm；高度四种规格，分别为2440mm、3660mm、4880mm、6100mm。每块模板安装两个支腿，支腿主要起临时支撑模板的作用。
2 CPR1000模板自稳定性分析
为了考虑最不利的工况，选择最宽、最高的模板即4.88*6.10型进行分析计算。
2.1重心
采用TEKLA设计软件建立3D模型，利用查询重心的功能确定重心位置。同时，由于模板对称，为获取重心坐标的的简便，将原点设置在模板底部沿宽度方向上的中点处。
通过查询可以确定该模板的重心坐标为：
X=203㎜，Y=0，Z=3332㎜ 重量：W=1620 kg
2.2 各种工况分析
2.2.1模板与地面垂直放置
假设没有水平外力作用，F3=0，即垂直静放时，采用力矩平衡法计算F2，由模型可以直接量出F2到支点1的距离L2=1214㎜。
1214*2*F2= W*G*X
F2=1620*10*203/2*1214=1354.5 N
F1=W*G-2*F2= 1620*10-2709=13491 N
单根支腿的设计强度：
F=fy*A=210*(40*2.5*2+35*2.5*2)=78750N＞F2=1354.5 N满足要求。
假设没有支撑力（F2=0）时，采用力矩平衡法计算F3，F3绕支点1旋转，但它的距离为模板高度6100㎜。
6100*F3=W*G*X
F3=1620*10*203/6100=539 N
F3——为工人在操作平台卸钩、挂钩或攀爬时可能产生的对模板向前的推力。
2.2.2模板倾斜放置
随着模板由垂直到倾斜，重心也随之变化，但是模板重心相对于模板是固定的。
假设倾斜角度为t，现在需计算t为多少时，模板绕支点2倾覆。
重心到原点距离：L²=X²+Y²+Z²=203²+3332² L=3338㎜
设重心到原点连线与模板面的夹角为t1：
则tg（t1）=X/Z=203/3332 t1=0.060849=3.4864°
先考虑平台没人的工况，即W1=0，倾斜角度为t时，F1=0
建立平衡方程：
1214*2*F2≥W*G*L*sin(t+t1) ①
2*F2*cos(t)= W*G ② (0≤t≤90°)
1214 ≥L*sin(t+t1)*cos(t)
采用EXCEL试算法可知当t≤19°时，能满足要求。
考虑到模板到达指定地方放穏后，需要卸钩，所以仍然有工人在平台上，卸完后沿爬梯爬至地面。人员站在最顶部时是最不利工况，如上面计算简图。
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假设W1=300KG，倾斜角度为t时，F1=0
建立平衡方程：
1214*2*F2≥W*G*L*sin(t+t1)+W1*G*6100* sin(t) ①
2*F2*cos(t)= (W +W1)*G ② (0≤t≤90°)
1214*(W+W1)≥(W *L*sin(t+t1)+W1*6100* sin(t))*cos(t)
1214≥(W *L*sin(t+t1)+W1*6100* sin(t))*cos(t)/(W+W1)
当t≤17°时，能满足要求。
由于支腿丝杆可调节部分的长度为205mm，即可倾斜的最大角度为t(max)
则tg(t(max))=205/1214
t(max)=9.6°＜17°
说明模板不可能发生从背面倾覆的事故。
2.2.3 倾斜角度t与作用力F4的关系
假设当模板倾斜角度为t时，有一作用力F4作用与模板顶部，并垂直模板面。
为计算模板向前倾覆，假设F2=0，计算模板保持平衡时F4与倾斜角的关系。
由力矩平衡:
6100*F4=W*G*L*sin（t+t1）
F4=1620*10*3338* sin（t+3.4864）/6100
F4——风作用于模板后部的等效作用力。
分析模板绕支点1向前倾覆，无人工况下，产生的抵抗力矩只有模板自身的重力抗倾覆力矩。如果人员在操作面上，产生的是一个抵抗向前倾覆的力矩，是有利的。所以选择无人工况进行计算。即模板静放时有风吹的工况。只要风产生的力矩小于模板重力抗倾覆力矩即满足要求。
2.2.4 倾斜角度t与作用力F5的关系
假设当模板倾斜角度为t时，有一作用力F5作用与模板顶部，并垂直模板面。
分析模板绕支点1向后倾覆的工况，显然，在顶部有人时是最不利的，其产生的力矩是倾覆力矩。
假设W1=300KG，倾斜角度为t时，F1=0
建立平衡方程：
1214*F2=W*G*L*sin(t+t1)+W1*G*6100* sin(t)+F5*6100 ①
F2*cos(t)= (W +W1)*G + F5* sin(t) ② (0≤t≤90°)
214*F2* cos(t)= W*G*L*sin(t+t1) cos(t)+W1*G*6100*sin(t) cos(t)+F5* 6100 cos(t)
F5= [W*G*L*sin(t+t1)cos(t)+W1*G*6100*sin(t)cos(t)- 1214* (W +W1)*G]/ [1214* sin(t)- 6100 cos(t)]
F5——风作用于模板前部的等效作用力。
F5对应的作用力矩为Mf=F5*6.1。
可知只要风荷载力矩小于F5产生的力矩，即能满足要求。随着倾角t的增大，允许F5产生的力矩越小。8级风的力矩为31406.90N.m，大于任何一个倾角t下允许的F5产生的力矩，7级风的力矩为21432.69 N.m，倾角t≤8°均满足要求。
在相同倾角t时F4比F5小，即在放置模板时，应尽可能以模板前面作为迎风面。
3 CPR1000模板自稳定性分析结果及规定
1）由上述计算可知，该型模板可倾斜的最大角度为t（max）=9.6°，规定倾斜的最大角度T（max）=9°。
2）由重力力矩计算可知，当倾斜角为9°时，重力力矩M=11691.562 N.m，而当为6级风时，风作用于模板上的力矩M6=13958.62 N.m，大于M，所以当为6级风时，需要对模板采取措施加固或直接放倒。
3）当为5级风时风作用于模板上的力矩为Mf=8391.74N.m。
可知当倾斜角为5.5°时M=8446.601N.m，大于M5，不会被风刮倒。所以规定放置模板时倾斜的最小角度T（min）=6°。
在常见的4级风时，只要模板倾斜T≥2°就能满足要求。
4 结论
本文通过对CPR1000大模板自稳定分析，对现场大模板存放给予了规范性的指导意见，可推广应用于其它大模板施工工程。使大模板现场存放更加规范和统一，也方便了模板的安全监管，加快了现场模板的周转使用，节省了模板部分构件反复安拆的人力物力。有利于提升模板施工技术水平，并产生良好的经济效益。
参考文献
[1]建筑施工手册第五版编写组，建筑施工手册第五版，北京：中国建筑工业出版社，2011.
[2]建筑结构设计综合手册编制委员会，建筑结构设计综合手册，河南：河南科学技术出版社，1990.
论文作者:马明波,董万虎
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/22
标签：模板论文; 力矩论文; 工况论文; 角度论文; 作用力论文; 重心论文; 倾角论文; 《基层建设》2017年第15期论文;