混凝土模板支架體系中立桿和剪力撐的內(nèi)力實測分析

李 冬，韓曉玲

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730050）

混凝土模板支架體系中立桿和剪力撐的內(nèi)力實測分析

李 冬，韓曉玲

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730050）

近些年來，在混凝土模板支架的搭設(shè)過程中頻繁發(fā)生安全責(zé)任事故，給施工企業(yè)帶來了很大的人員傷亡，同時也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過對各種模板支架坍塌事故的分析，發(fā)現(xiàn)這些事故多是由于企業(yè)在施工過程中，過分施加各種荷載而又未能準(zhǔn)確掌握支架的內(nèi)里變化，導(dǎo)致支架立桿和剪力因內(nèi)力過大失穩(wěn)而發(fā)生坍塌。所以應(yīng)該深入施工一線對施工現(xiàn)場實際模板支架體系立桿和剪力撐在各個施工階段的內(nèi)力進(jìn)行實測，進(jìn)而獲得比較準(zhǔn)確的內(nèi)力變化情況。這樣對于施工企業(yè)掌握支架體系內(nèi)里變化規(guī)律，防止坍塌事故的發(fā)生具有重要價值。

支架；立桿；剪力撐；內(nèi)力實測

0 引言

基于混凝土構(gòu)件模板支架體系是一個典型的“時變結(jié)構(gòu)”，所以在各個時間點混凝土構(gòu)件的模板支架體系的內(nèi)力可能是不同的，隨著混凝土結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步澆筑，下層或者下部混凝土構(gòu)件的模板支架體系承擔(dān)的施工荷載和結(jié)構(gòu)物自重會進(jìn)一步加大。而在工程現(xiàn)場施工過程中，模板支架體系的設(shè)計和實施也存在著多種隱患，嚴(yán)重者會導(dǎo)致模板支架體系在施工過程總發(fā)生坍塌等安全責(zé)任事故[1]，其中最典型的就是，模板支架體系的設(shè)計計算和專項施工方案的編制多存在生搬硬套、照貓畫虎的情況，經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)多存在以下情況：

1）模板立桿的穩(wěn)定性計算有較多錯誤，考慮到的施工荷載和結(jié)構(gòu)自重等主要荷載因素不全面，立桿計算長度有誤。

2）剪刀撐等構(gòu)造措施采用經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計，缺乏有力的設(shè)計數(shù)據(jù)支持。

3）設(shè)計過程和專項施工方案的編制紙上談兵，未能充分考慮影響支架體系穩(wěn)定性的主要因素。

4）模板支架的搭設(shè)缺少甚至忽略了細(xì)部節(jié)點做法及節(jié)點詳圖。

1 實測的主要目的

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，混凝土模板支架體系在發(fā)生破壞時，多是由于立桿長度過長并且剪力撐受力過大而引起?；谏鲜龅母鞣N情況，有必要對混凝土構(gòu)件模板支架體系進(jìn)行實測研究[2]，以便進(jìn)一步獲得施工現(xiàn)場進(jìn)行混凝土構(gòu)件澆筑過程中支架立桿和剪力撐內(nèi)力變化的一手資料，從而準(zhǔn)確的計算各個時間點的內(nèi)力峰值，合理設(shè)定模板支架體系的專項施工搭設(shè)方案，對于避免模板支架體系安全事故和提高混凝土構(gòu)件的生產(chǎn)效率都具有重要意義。

對于施工過程中混凝土構(gòu)件模板支架體系的實測，在以往國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了大量的試驗和研究[3]，但是，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，目前對混凝土模板支架體系的實測內(nèi)容及結(jié)論有一定的差異，主要表現(xiàn)為[4]：

首先，缺少對整個混凝土構(gòu)件的完整施工澆筑過程的連續(xù)觀測，而把相應(yīng)的實測時段多取定為混凝土構(gòu)件的現(xiàn)澆階段和養(yǎng)護(hù)階段，只在這兩個階段分析構(gòu)件模板支架體系的內(nèi)力發(fā)展過程，對構(gòu)件支架體系內(nèi)力發(fā)展的全過程缺乏分析；

其次，由于時間限制，實測人員對于混凝土構(gòu)件的模板支架體系進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測的時間過短，可能忽略了某個階段模板支架體系的特殊內(nèi)力發(fā)展；

最后，實測人員在進(jìn)行現(xiàn)場實測時，實測的重點多放在了對模板支架體系的上部結(jié)構(gòu)自重和施工荷載的量測方面，而對模板支架體系的結(jié)構(gòu)內(nèi)力和支架立桿的軸力量測分析較少。

因此，為了進(jìn)一步分析研究模板支撐體系中立桿和剪力撐在混凝土構(gòu)件整個施工過程中的內(nèi)力變化趨勢，通過對其進(jìn)行混凝土構(gòu)件不同施工階段的內(nèi)力實測，對預(yù)防模板支架體系坍塌的施工事故有著重要的意義。

2 實測的主要內(nèi)容及實測工程的概況

經(jīng)過前期的分析得出，混凝土構(gòu)件模板支架體系立桿和剪力撐的內(nèi)力變化現(xiàn)場實測的主要內(nèi)容包括：

1）實測立桿和剪力撐的承載力和內(nèi)力變化的規(guī)律，研究在混凝土構(gòu)件的施工過程中，他們的承載力和內(nèi)力同結(jié)構(gòu)物施工工藝與混凝土構(gòu)件自重之間的相互關(guān)系。

2）研究實測部分的模板支架體系在工作過程中的傳力路徑，分析荷載在立桿和剪力撐中的分布情況。

3）隨著建筑物混凝土構(gòu)件的施工進(jìn)一步實施，分析在不同時點上的立桿和剪力撐受力特點。

文章所選取的實測工程項目為某商貿(mào)綜合樓工程，該工程為7層的綜合樓，1層為商場，2、3層為綜合辦公用房，4～7層為賓館，總建筑面積3 626.85 m2，建筑總高度23.5 m。主體為框架結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)，工程為二類建筑，建筑抗震設(shè)防烈度為8度，建筑設(shè)計使用年限為50年。本次模板支架實測的部位是首層⑥～⑦軸線部分，該部分由混凝土框架柱、框架梁和混凝土樓面板構(gòu)成。

3 實測方案的設(shè)計

3.1 實測儀器的選擇

1）在現(xiàn)場實測采用HC-3100振弦式壓力計，將其埋置于支架底部，以單點讀取的方式采集支架體系的軸向壓力，如圖1所示；

2）為了測量在對混凝土構(gòu)件進(jìn)行澆筑及養(yǎng)護(hù)的各個施工過程中，立桿和剪力撐在各個施工操作過程中所承擔(dān)的荷載及其變化情況，采用DH3816型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀采用逐點測量逐點記錄方式進(jìn)行實測，如圖2所示。

3.2 實測方案的設(shè)計

工程測試區(qū)的模板支撐體系所采用的支架鋼管為Q235鋼管，規(guī)格為Φ48×3，扣件的扭緊力矩為35.05 N·m。測試現(xiàn)場的平面布置圖和剖面示意圖如圖3所示。

圖1 HC-3100振弦式壓力計

圖2 DH3816型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀

圖3 模板支架實測現(xiàn)場的平面布置圖和剖面示意圖

在測點的選擇方面，結(jié)合工程測試區(qū)的實際情況，選取了L1、L2號立桿作為測試對象；剪力撐采用J1作為測試對象，同時在各個桿件上設(shè)置應(yīng)力測點，各桿件共貼4個應(yīng)力感應(yīng)片，如圖4所示。

首先，在模板支架體系中對L1、L2號立桿的下部設(shè)置HC-3100振弦式壓力計，實時監(jiān)測在各個測試時段立桿下部所承擔(dān)的總荷載情況及荷載變化情況。

然后，將電阻應(yīng)力感應(yīng)片設(shè)置于圖4所示剪力撐相應(yīng)的節(jié)點處，然后將感應(yīng)片與DH3816靜態(tài)電阻應(yīng)變儀相連接，采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測定剪力撐的內(nèi)力變化情況。

圖4 模板支架感應(yīng)片布置圖

4 實測結(jié)果分析

本次實測采用兩階段實測進(jìn)行，分別測試混凝土構(gòu)件現(xiàn)場澆筑施工過程中模板支架體系的內(nèi)力變化情況和混凝土構(gòu)件在養(yǎng)護(hù)過程中的內(nèi)力變化情況：

第一階段：自混凝土構(gòu)件開始澆筑至混凝土澆筑結(jié)束。在這個階段內(nèi)，對混凝土模板支撐體系中的立桿和剪力撐的數(shù)據(jù)采集開始10 min/次，然后逐步均勻擴(kuò)大至1 h/次。

第二階段：混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)階段，平均每2 h對混凝土模板支撐體系中的立桿和剪力撐的數(shù)據(jù)采集一次。

4.1 立桿和剪力撐在第一階段的內(nèi)力變化規(guī)律

經(jīng)過上述程序所測得的立桿和剪力撐在第一階段的內(nèi)力變化規(guī)律分別如圖5、6所示。

圖5 第一階段立桿應(yīng)力變化圖

經(jīng)過分析得出：

1）混凝土構(gòu)件開始澆筑時立桿所承受的應(yīng)力主要是拉應(yīng)力，但是隨著混凝土的繼續(xù)澆筑，這種拉應(yīng)力在短時間內(nèi)過渡成壓應(yīng)力。因此，立桿所承受的應(yīng)力總體來說是先受拉后受壓。在這個階段立桿下部所承擔(dān)的荷載總體的變化趨勢趨于平穩(wěn)，立桿上部的荷載由于剛開始澆筑混凝土過程中，荷載波動較大，所以初期上部承受荷載波動幅度大，隨著混凝土繼續(xù)澆筑，則逐漸趨于平穩(wěn)。

圖6 第一階段剪力撐測點應(yīng)力變化圖

2）剪力撐所承受的應(yīng)力主要是壓應(yīng)力，整個桿件處于受壓狀態(tài)，但是隨著混凝土的繼續(xù)澆筑，這種壓應(yīng)力在逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力，整個細(xì)節(jié)變化波動頻繁復(fù)雜，這表明剪力撐在混凝土澆筑過程中主要起到調(diào)整、平衡整個模板支架體系的內(nèi)力受力情況，對維持混凝土澆筑過程中的模板支架體系的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。

4.2 立桿和剪力撐在第二階段的內(nèi)力變化規(guī)律

經(jīng)過上述程序所測得的立桿和剪力撐在第二階段的內(nèi)力變化規(guī)律分別如圖7、8所示。

圖7 第二階段立桿應(yīng)力變化圖

圖8 第二階段剪力撐測點應(yīng)力變化圖

經(jīng)過分析得出：

1）在第二階段中，混凝土構(gòu)件在養(yǎng)護(hù)過程中立桿所承受的應(yīng)力主要是壓應(yīng)力，但是壓應(yīng)力并不是恒定的，而是在隨著養(yǎng)護(hù)時間的增加而在不斷增長，直到養(yǎng)護(hù)時間過半后才開始慢慢趨于穩(wěn)定。

2）在第二階段中，剪力撐所受的應(yīng)力突出表現(xiàn)為壓應(yīng)力，并且應(yīng)力分布均衡，變化趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語

通過對混凝土結(jié)構(gòu)模板支架立桿和剪力撐的現(xiàn)場實測可以得出如下結(jié)論：

1）模板支架體系中的立桿是整個體系的主要承重構(gòu)件，通過實測可以看出，在整個模板支架體系的工作過程中，立桿在混凝土澆筑初期所承受的上部荷載要大于后期澆筑和養(yǎng)護(hù)階段，所以對模板支架體系進(jìn)行設(shè)計時，立桿部分應(yīng)該重視頂端伸出長度的取值和計算系數(shù)的確定。

2）剪力撐在整個混凝土構(gòu)件的施工過程中起著調(diào)整、平衡整個模板支架體系的內(nèi)力受力情況，維護(hù)模板支架體系整體穩(wěn)定性的重要作用。通過實測發(fā)現(xiàn)，剪力撐在混凝土構(gòu)件澆筑過程中的應(yīng)力變化復(fù)雜，波動頻率大，所以剪力撐搭設(shè)的合格與否直接決定了模板支架體系的安全性，是防范模板支架體系安全事故發(fā)生的重要工作點。因此在對模板支架體系進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)加大對剪力撐的研究和設(shè)計。

[1]李冬.工程混凝土模板支架體系在搭設(shè)過程中存在的問題及解決對策[J].中國建材科技，2014（1）：89-92.

[2]林璋璋，楊俊杰.多層模板支撐體系的實測分析[J].施工技術(shù)，2005（3）：20-23．

[3]徐佳煒.高層建筑多層模板支撐體系及其安全性研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2008（3）：24-26.

[4]閆鑫，陳凱，董海江，等.施工期某鋼管模板支架特性實測研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011（S2）：487-490.

TU392.3

A

1673-1093（2015）02-0093-04

李冬（1983），男，講師、經(jīng)濟(jì)師，畢業(yè)于蘭州交通大學(xué)，就職于甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：工程管理、工程造價、招標(biāo)投標(biāo)。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.024

2014-11-13；

2014-12-01