一種裝配式塑料模板的剛度、強度性能試驗

林林　　鄭煥奇　　陳啟文　　唐黎　　冼漢光　　費飛龍，2

（1廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 建筑材料研究所）

（2華南理工大學(xué) 材料學(xué)院）

（3廣州毅昌模板工程有限公司）

一種裝配式塑料模板的剛度、強度性能試驗

林林1鄭煥奇1陳啟文1唐黎3冼漢光3費飛龍1，2

（1廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 建筑材料研究所）

（2華南理工大學(xué) 材料學(xué)院）

（3廣州毅昌模板工程有限公司）

本文研究了在模板工程設(shè)計和施工實際受載情況的基礎(chǔ)上，考慮最不利情況下的荷載情況，相應(yīng)地計算出最不利荷載所對應(yīng)的剛度荷載和強度荷載，采用靜態(tài)荷載試驗來對塑料模板進行加載，檢測單塊模板、龍骨模板及組合模板在各加荷級數(shù)下的撓度值和模板在受載整個過程中的破壞情況，從而分析剛度荷載和強度荷載作用下，塑料模板的撓度值以及卸載后的殘余變形量，進而得出該模板設(shè)計是否安全。

塑料模版；強度；剛度；撓度值；承載能力

1　引言

塑料模板是一種適用于工程施工的模板工程，具有施工速度快，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，可全部回收等特點，節(jié)能減排，響應(yīng)當下綠色環(huán)保的主題。近年來高層建筑增多，傳統(tǒng)模板已不能滿足實際工程的需求，模板工程的重要性日益突出。塑料模板是一種類似于鋁合金模板的模板體系，根據(jù)設(shè)計要求，制作標準化單元，到工地拼裝即可澆筑，耗時較使用傳統(tǒng)模板大大縮短，提高工程的經(jīng)濟效益。同時，塑料模板密封性好，成型后的混凝土表面較為致密，有益于混凝土的耐久性能。鑒于塑料模板的優(yōu)點，其在工程應(yīng)用有較好的前景。

隨著高層與大跨度混凝土構(gòu)件的日益增多，因支撐體系失穩(wěn)造成模板坍塌的事故屢見不鮮，嚴重影響了人員安全和工程進度。為了在建筑工程中的應(yīng)用推廣，塑料模板體系安全評價顯得尤為重要，并成為其推廣應(yīng)用過程中的一項基礎(chǔ)性研究工作。本文在計算最不利荷載組合的基礎(chǔ)上，采用靜態(tài)荷載試驗來模擬塑料模板在工程應(yīng)用的受載情況，從而評價其在實際工程中是否安全。

2　試驗材料與方法

2.1原材料與儀器

實驗所用塑料模板為廣州某模板工程有限公司提供規(guī)格為1000×500（型號88）、250×200（型號43）、200×200（型號33）的面板模板和1000×200的龍骨模板。

主要試驗儀器為：萬能壓力機、支座、百分表、砝碼（標定過的鋼錠）、卷尺等。

2.2試驗方法

本文根據(jù)理論計算確定最不利剛度和強度的荷載，采用靜態(tài)荷載試驗對塑料模板施加最不利荷載，測試該荷載作用撓度值，來分析塑料模板的剛度和強度。撓度值是材料在所受外力情況下不致影響使用功能時產(chǎn)生的最大彎曲變形值的數(shù)值。塑料模板彎曲變形時其橫截面形心沿與軸線垂直方向的線位移即為撓度值。

模擬單塊模板、龍骨模板和組合模板工程實際受載情況，采用均布荷載逐級加荷的方式，來獲得各加荷級數(shù)的撓度值及破壞情況。

2.2.1單塊模板、龍骨模板撓度試驗方法

單塊模板的試驗方法是將試件安放在支撐間距800mm的支座上，受荷載情況如圖1；在試件支點之間1/2，且離試件邊緣10mm處，各安放一塊百分表；在試件上施加0.1～0.2kN的預(yù)加荷載，將百分表調(diào)整到“零”位；按表1進行逐級加荷，并記錄每級加荷后百分表的讀數(shù)，取算術(shù)平均值，計算最大撓度及殘余變形值，卸載后檢查并記錄試件破壞情況。取三塊試件做平行試驗。

圖1　單塊模板（或龍骨模板）均布荷載示意圖

龍骨模板的試驗可以參照單塊模板的試驗方法，按照單塊模板的方式安放好試件，試件受荷載示意圖如圖1；不同的是龍骨模板試驗的加荷順序和恒載時間與單塊模板試驗有所不同，見表1。

2.2.2組合四塊模板撓度試驗方法

組合四塊模板的試驗方法是將六塊模板（其中左右兩邊的兩塊型號33模板面起固定作用）短邊拼接，安放在間距700mm的四個早拆頭支座上，受荷載情況如圖2；在試件支點之間1/2及試件寬度的1/2處，安放一塊百分表；在試件上施加0.1～0.2kN的預(yù)加荷載，將百分表調(diào)整到“零”位；按表1進行逐級加荷，并記錄每級加荷后百分表的讀數(shù)，取算術(shù)平均值，計算最大撓度及殘余變形值；卸載后檢查并記錄試件破壞情況。取三塊試件做平行試驗。

圖2　組合四塊模板均布荷載示意圖

表1　單塊模板、龍骨模板、組合四塊模板加荷順序及恒載時間

3　計算與結(jié)果分析

3.1載荷計算與分析

根據(jù)澆筑混凝土的實際情況和JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》，本文通過考慮對剛度和強度最不利的荷載，采用靜態(tài)荷載試驗，將該最不利荷載作用在試件上，測試撓度值和觀察破壞情況，分析試件在該荷載作用下塑料模板是否能滿足實際工程要求，從而評價其在工程應(yīng)用的安全。

3.1.1模板的荷載和荷載設(shè)計值

考慮到塑料模板尚未廣泛運用于實際工程中，本文以澆筑厚度為0.15m的普通混凝土樓板為例。

永久荷載標準值按規(guī)定取值如下，由于規(guī)范中沒有塑料模板自重，按塑料模板和支架的實際自重，采用塑料模板及其支架自重標準值G1=0.2kN/m2；澆筑普通混凝土樓板時混凝土自重可取24kN/m3，新澆筑混凝土自重標準值G2=24×0.15=3.6kN/m2；澆筑樓板用鋼量可取1.1kN/m3，鋼筋自重標準值G3=1.1×0.15=0.165kN/m2，因此，樓板永久荷載標準值為G1+G2+G3=3.965kN/m2。

可變荷載標準值按規(guī)定取值如下，可取施工人員及設(shè)備荷載標準值Q1=2.5kN/m2；暫不考慮風(fēng)荷載，因此，樓板可變荷載標準值為Q1=2.5kN/m2。

按極限狀態(tài)設(shè)計時，模板荷載組合可從由可變荷載效應(yīng)控制或由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合中，選取最不利的組合作為荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值。

由可變荷載效應(yīng)控制的基本組合為：

S1=r0×［γG×（G1+G2+G3）+γQ×Q1］=0.9×［1.2×（0.2+24×0.15+1.1×0.15）+1.4×2.5］=7.43kN/m2

式中：

S1——由可變荷載效應(yīng)控制的基本組合；

G1——塑料模板及其支架自重標準值（kN/m2）；

G2——新澆筑混凝土自重標準值（kN/m2）；

G3——鋼筋自重標準值（kN/m2）；

Q1——鋼筋自重標準值（kN/m2）；

r0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按規(guī)定可取值0.9；

γG——永久荷載分項系數(shù)，按規(guī)定可取值1.2；

γQ——可變荷載分項系數(shù)，按規(guī)定可取值1.4。

由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合為：

S2=r0×［γG×（G1+G2+G3）+γQ×ψ ×Q1］=0.9×［1.35×（0.2+24×0.15+1.1×0.7×0.15）+1.4×2.5］=7.02kN/m2

式中：

S2——由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合；

ψ——可變荷載的組合系數(shù)，數(shù)值為0.7；

γG——永久荷載分項系數(shù)，按規(guī)定可取值1.35；

γQ——可變荷載分項系數(shù)，按規(guī)定可取值1.4。

G1、G2、G3、Q1、r0的意義如前文所述。

因為 S1＞S2，故荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值應(yīng)采用S=S1=7.43kN/m2。

3.1.2剛度計算與分析

以文中提到的單塊模板為例，該模板的型號是88，規(guī)格是 1000×500，試驗跨度 800mm，根據(jù) JGJ 162-2008，由3.1.1可得剛度驗算用的荷載標準值為G1+G2+G3=3.965kN/m2，不考慮施工人員及設(shè)備荷載作用，因此，單塊模板在最不利剛度情況時的剛度荷載：

N1=（G1+G2+G3）×A1=3.965×0.5×0.8=1.586kN式中，

G1——塑料模板及其支架自重標準值（kN/m2）；

G2——新澆筑混凝土自重標準值（kN/m2）；

G3——鋼筋自重標準值（kN/m2）；

Q1——施工人員及設(shè)備荷載標準值（kN/m2）；

N1——單塊模板在最不利剛度情況時的剛度荷載（kN）；

A1——單塊模板實際承受荷載面積。

同理，可得龍骨模板（規(guī)格為1000×200，試驗跨度800m）在最不利剛度情況時的剛度荷載：

N2=3.96×0.2×0.8+3.96×0.8×0.5×2=3.802kN

式中，N2——龍骨模板在最不利剛度情況時的剛度荷載（kN）。

同理，可得組合四塊模板（該試件由1000×500型號88、250×200型號43、200×200型號33組成，試驗跨度700mm）在最不利剛度情況時的剛度荷載：

N3=3.96×0.2×0.7+3.96×0.5×0.7×2=3.326kN

式中，N3——組合四塊模板在最不利剛度情況時的剛度荷載（kN）。

將所得的剛度荷載加載到模板試件上，得出的相應(yīng)變形量即撓度值，與現(xiàn)有模板要求的變形量做比較，判斷模板在該剛度荷載作用下能否安全。

3.1.3強度計算與分析

以文中提到的單塊模板為例，該模板的型號是88，規(guī)格是 1000×500，試驗跨度 800mm，根據(jù) JGJ 162-2008，由3.1.1可得剛度驗算用的荷載效應(yīng)組合設(shè)計值為S=7.43kN/m2，因此，單塊模板在最不利強度情況時的強度荷載：

Na=S×Aa=7.43×0.5×0.8=2.97kN

式中：

S——荷載效應(yīng)組合設(shè)計值（kN/m2）；

Na——單塊模板在最不利強度情況時的強度荷載（kN）；

Aa——單塊模板實際承受荷載面積。

同理，可得龍骨模板（規(guī)格1000×200，試驗跨度800mm）在最不利強度情況時的強度荷載：

Nb=7.43×0.2×0.8+7.43×0.8×0.5×2=7.13kN

式中，Nb——龍骨模板在最不利強度情況時的強度荷載（kN）。

同理，可得組合四塊模板（該試件由1000×500型號88、250×200型號43、200×200型號33組成，試驗跨度700mm）在最不利強度情況時的強度荷載：

Nc=7.43×0.2×0.7+7.43×0.5×0.7×2=6.24kN

式中，Nc——組合四塊模板在最不利強度情況時的強度荷載（kN）。

將所得的強度荷載加載到模板試件上，得出的相應(yīng)變形量，與現(xiàn)有模板要求的變形量做比較，判斷模板在該強度荷載作用下能否安全。

3.2試驗結(jié)果與分析

表2　單塊模板、龍骨模板、組合四塊模板試驗檢測數(shù)據(jù)

圖3　各類型模板加荷撓度值曲線

3.2.1單塊模板試驗結(jié)果與分析

單塊模板的試驗檢測數(shù)據(jù)見表2，其逐級加荷曲線見圖3。從加荷級數(shù)1至加荷級數(shù)5，隨荷載增加，撓度值呈現(xiàn)平穩(wěn)上升，且撓度值變化有加快的趨勢；當加載至加荷級數(shù)5時，累積荷載達到最大值，即強度荷載，其數(shù)值為297kg，對應(yīng)的撓度值為3.042mm；從加荷級數(shù)5至加荷級數(shù)7，隨荷載減少至預(yù)加載的荷載，撓度值平穩(wěn)減小，試件均未出現(xiàn)破壞的情況，殘余變形值為0.010mm。

3.2.2龍骨模板試驗結(jié)果與分析

龍骨模板的試驗檢測數(shù)據(jù)見表2，其逐級加荷曲線見圖3。從加荷級數(shù)1至加荷級數(shù)5，隨荷載增加，撓度值呈現(xiàn)平穩(wěn)上升，且撓度值變化有減緩的趨勢；加載至加荷級數(shù)5時，累積荷載達到強度荷載，其數(shù)值為713kg，對應(yīng)的撓度值為4.246mm；從加荷級數(shù)5至加荷級數(shù)7，隨荷載減少至預(yù)加載的荷載，撓度值平穩(wěn)減小，試件均未出現(xiàn)破壞的情況，殘余變形值為0.230mm。

3.2.3組合四塊模板試驗結(jié)果與分析

組合四塊模板的試驗檢測數(shù)據(jù)見表2，其逐級加荷曲線見圖3。從加荷級數(shù)1至加荷級數(shù)3，隨荷載增加，撓度值呈現(xiàn)緩和上升；在加荷級數(shù)2-6時，試件中型號43塑料模板間拼接處均出現(xiàn)肉眼可見縫隙；加載至加荷級數(shù)5時，累積荷載達到強度荷載，其數(shù)值為624kg，對應(yīng)的撓度值為13.423mm；從加荷級數(shù)5至加荷級數(shù)6，隨荷載減少，撓度值緩和減少；從加荷級數(shù)6至加荷級數(shù)7，隨著荷載減少至預(yù)加載荷載，撓度值減少加顯較快，試件均未出現(xiàn)破壞的情況，殘余變形值為0.009mm。

綜合以上幾種類型模板試件分析，從加荷級數(shù)1至加荷級數(shù)5，再從加荷級數(shù)5至加荷級數(shù)7，組合四塊模板的撓度值變化的幅度和程度較單塊模板和龍骨模板顯著，其數(shù)值約為單塊模板的4倍，龍骨模板的3倍；加荷級數(shù)5時，組合四塊模板的強度荷載比龍骨模板小，但其最大撓度值明顯大于龍骨模板和單塊模板的最大撓度值，說明隨著組合模板的強度較單一塊模板的差。加荷級數(shù)7時，單塊模板和組合四塊模板的殘余變形值可以忽略不計，但龍骨模板的殘余變形值是較為顯著。

4　結(jié)論

本研究通過對單塊模板、龍骨模板和組合四塊模板等幾種類型的塑料模板做基礎(chǔ)性的試驗檢測，初步探索得到結(jié)論如下：

⑴本文在模板工程設(shè)計和施工實際受載情況的基礎(chǔ)上，考慮最不利情況下的荷載情況，計算出該最不利荷載情況所對應(yīng)的撓度荷載和強度荷載，采用靜態(tài)荷載試驗對塑料模板進行加載，檢測模板在各加荷級數(shù)下的撓度值和受載過程中的破壞情況，分析剛度荷載和強度荷載作用下?lián)隙戎狄约皻堄嘧冃瘟?，來評價模板設(shè)計是否安全。本文研究的試驗檢測方法在實際的操作是簡便可行的，更貼近工程實際需求，但鑒于目前數(shù)據(jù)積累較少，需在今后逐步完善，更好更快地應(yīng)用于工程中。

⑵從龍骨模板和組合四塊模板的試驗檢測情況來，單一塊模板的強度較高，但其殘余變形情況不如組合模板好，由于塑料模板的特點在于板與板之間通過快接件連接在一起，形成較好的受力條件，但對于組合模板需要增加支撐桿件。為了讓這種檢測方式更適用于塑料模板，在試驗中更加準確模擬出更多組合模板的拼接情況是下一步研究的重點?！?/p>

［1］JGJ 162-2008建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］張良杰.早拆模板施工技術(shù)及新型水平模板支撐系統(tǒng)應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2014，（5）：24-28.