建筑工程中鋁合金模板力學(xué)性能研究

文／趙海剛 云南建投第七建設(shè)有限公司 云南昆明 650100

引言：

鋁合金模板在國內(nèi)起步的還是比較晚的，所以對于它的力學(xué)性能并不是非常的清晰，無論是理論還是研究都不是非常的完善，各種規(guī)范也尚未定制，研究鋁合金模板的力學(xué)性能，探究鋁合金模板在使用過程當(dāng)中的影響因素，對于鋁合金模板的未來推廣來說，會有著非常重要的意義。

1、我國模板工程的現(xiàn)狀

自從上個世紀(jì)70年代開始，我國的建筑工程當(dāng)中，慢慢的開始使用組合鋼模板，但是這種組合鋼模板的重量非常大，而且運輸起來非常的困難，重復(fù)率非常的低，基于這樣的缺點，所以說隨著時代的發(fā)展，組合鋼模板開始慢慢的退出了建筑市場。當(dāng)前我國大多數(shù)的建筑工程當(dāng)中，使用的都是膠合板模板，膠合板當(dāng)中比較常用的就是竹膠合板以及木膠合板，其優(yōu)勢就在于重量比較輕，搬運起來很方便，拆裝也非常的靈活，可以重復(fù)利用的次數(shù)也比較多，所以說在建筑工程當(dāng)中也得到了一定的應(yīng)用。

2、鋁合金模板在建筑工程當(dāng)中應(yīng)用的優(yōu)勢

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，歐美等發(fā)達(dá)國家針對于鋁合金模板的研究已經(jīng)經(jīng)歷了多年，雖然說相較于這些發(fā)達(dá)國家，我國的建筑工程當(dāng)中使用鋁合金模板的時間比較短，生產(chǎn)廠家的數(shù)量也有限，實際的應(yīng)用量不夠多，目前仍然處在新興產(chǎn)業(yè)階段。但是伴隨著近幾年國家大力提倡建設(shè)節(jié)約型社會，以及可持續(xù)發(fā)展理念開始深入人心之后，有一些建筑工程單位開始慢慢的使用了鋁合金模板，取代了傳統(tǒng)的膠合板，并且也取得了非常良好的社會效益以及經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化程度以及施工質(zhì)量有所提高

雖然說使用鋁合金模板的前期投入會比較高，但是跟傳統(tǒng)的膠合板模板以及全鋼大模板相比，鋁合金模板的重量更加輕，而且擁有著很高的強(qiáng)度，拼縫也更加的美觀，施工周期非常的短，可以降低二次施工對于模板所造成的影響，能夠有效地保證模板的質(zhì)量，進(jìn)而保證混凝土工程的質(zhì)量。鋁合金模板可以按照設(shè)計的需求來進(jìn)行加工，具有多種規(guī)格，可以滿足各種各樣形狀的需求，而且在設(shè)計的時候，標(biāo)準(zhǔn)化程度非常的高，可以適用在不同的類型的建筑里面，不同部位的安裝以及施工都可以使用鋁合金模板，這樣能夠進(jìn)一步的提升混凝土現(xiàn)澆工程施工以及整體建筑工程的標(biāo)準(zhǔn)化程度。

2.2 施工的過程更加便捷

鋁合金模板的自身重量非常的輕，工人可以靈活的操作，在運輸?shù)臅r候也不需要依賴大型的機(jī)械來對其進(jìn)行運輸，既能夠有效的節(jié)約成本，同時也更加方便于人們進(jìn)行施工，單塊模板的面積比較大，拼縫也很少，任意兩個模板之間可以通過銷釘來進(jìn)行固定，安裝的過程非常的便捷而且快速，能夠提升整體的施工效率。

2.3 穩(wěn)定性很強(qiáng)

在實際施工的時候，有一些部位需要針對于多個模板進(jìn)行拼接以及組裝，并且形成一個穩(wěn)定的架構(gòu)，但是全鋼大模板在一些復(fù)雜的位置很難成模，而鋁合金模板則不同，鋁合金模板非常的輕便，而且強(qiáng)度也比較高，拼縫很少。在不同形狀的墻柱以及梁板等位置都能夠進(jìn)行使用，并且可以實現(xiàn)無縫拼接以及組裝所形成的整體框架，不僅擁有著非常強(qiáng)的穩(wěn)定性能，同時其承載能力也非常的高。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益相統(tǒng)一

在計量鋁合金模板的經(jīng)濟(jì)效益的時候，應(yīng)該綜合考慮到整體的效益，傳統(tǒng)模板在使用的時候，前期投入非常少，但是后期投入?yún)s非常的多，而鋁合金模板正好和傳統(tǒng)的模板是相反的，雖然前期需要大量的資金，但是后期的使用成本卻比較低。二者相比，鋁合金模板的整體效益更加的明顯，在最近幾年，伴隨著冶煉方法以及電力工藝的不斷的發(fā)展，電價也在不斷的下降，推動著鋁制品行業(yè)開始快速的發(fā)展，同時鋁合金模板的價格也處在了一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)下，鋁合金是環(huán)保建筑材料之一，在實際施工的時候，廢棄的鋁片可以高達(dá)50%的回收率，而且鋁合金模板的重復(fù)率也非常高，能夠進(jìn)一步的節(jié)省施工的成本，并且對于環(huán)境的影響也會比較小，是符合我國的可持續(xù)發(fā)展的理念的。綜上所述，鋁合金模板雖然說前期投入會比較高，但是后期的投入將大幅度下降，整體的施工成本也要比傳統(tǒng)的模板的施工成本更加低，而且具有非常高的資源利用率，符合我國的環(huán)境保護(hù)的基本要求，同時具有非常明顯的社會效益。比方說深圳東海國際項目就屬于超高層建筑，因為對于模板周轉(zhuǎn)材料的需求量非常的大，所以引進(jìn)了鋁合金模板，并且將其使用到了四層以上的標(biāo)準(zhǔn)層里面，取得了非常好的效益。

2.5 承載能力比較強(qiáng)，效果非常好

鋁合金模板所起到的是臨時支護(hù)的作用，材料是鋁合金，所以說具有非常高的強(qiáng)度，同時在完成拼裝之后，也能夠大幅度的提升整個模板系統(tǒng)的整體承載能力。在實際應(yīng)用的時候，鋁合金模板的系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)性非常的穩(wěn)定，也有利于混凝土工程施工的進(jìn)行。除此之外，模板的斷裂是傳統(tǒng)建筑模板當(dāng)中非常容易出現(xiàn)的一個問題，而且還存在著在拆模之后混凝土表面不夠平衡的問題，但是鋁合金模板跟混凝土之間就不容易出現(xiàn)這種情況，所以說在拆模之后可以呈現(xiàn)一個非常平整的混凝土的表面，不需要我們再進(jìn)行人工二次處理。

3、鋁合金模板的力學(xué)性能試驗研究

為了能夠有效地貫徹國家的節(jié)能減排戰(zhàn)略，建設(shè)一個資源節(jié)約型，環(huán)境友好型的社會，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部開始大力的推廣綠色建筑施工，而鋁合金模板因為回收效率非常的高，符合低碳以及節(jié)能的要求，所以說在業(yè)內(nèi)推廣的非常的迅速。再加上鋁合金模板的質(zhì)量比較輕，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，承載力非常高等一系列的優(yōu)點，所以說非常受施工人員的喜愛，另外鋁合金模板的外觀非常的整潔，而且整體的形象也比較好，混凝土構(gòu)件在達(dá)到了規(guī)定強(qiáng)度拆模之后，其表面非常的光滑平整，基本上能夠達(dá)到飾面以及清水混凝土的需求，可以節(jié)省抹灰的人工費用。伴隨著倡導(dǎo)的低碳以及節(jié)能，越來越被社會所重視，所以說各個省市也開始大力的推廣鋁合金模板的使用。

鋁合金模板作為一種新的模板形式，全部使用的是定型設(shè)計，根據(jù)施工的圖紙，可以制作出不同的規(guī)格以及不同形狀的模板，通過不斷地深化設(shè)計，力求做到模板的規(guī)格少，在工廠生產(chǎn)制作過程當(dāng)中，直接面板一次碾壓成型，整體的質(zhì)量非常高，模板完全使用人工拼裝以及拆卸，操作非常的簡單而且迅速，不需要額外的機(jī)械進(jìn)行輔助。裝配以及周轉(zhuǎn)都非常的方便，而且成型效果非常的好，可以達(dá)到相關(guān)的使用需求，目前在很多超高層項目上面應(yīng)用的非常好，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 實驗簡介

在本次試驗的過程當(dāng)中，所使用的儀器包括60T 壓力傳感器、50mm 位移計、DH3820 數(shù)據(jù)采集儀、卷尺、直尺，磁性支座、40T 千斤頂，應(yīng)變片以及若干導(dǎo)線等等。在本次試驗的過程當(dāng)中，鋁合金模板是6061-T6 系列的鋁合金材料所制成的標(biāo)準(zhǔn)墻模板，其邊框以及面板都是一次擠壓成型的橫肋，分別和邊框以及縱肋進(jìn)行焊接，跟面板進(jìn)行接觸。模板當(dāng)中的橫肋不是等間距分布的，端肋分別跟縱肋以及邊框焊接，和地面進(jìn)行接觸，面板的厚度是4mm，高度為65mm，邊框開孔，孔和孔間距在50mm，每三個孔是一組，每組間距200mm。

為了能夠針對于鋁合金墻板的力學(xué)性能進(jìn)行全方位且深入的了解，對于模板的應(yīng)力應(yīng)變趨勢以及跨中撓度和開孔處應(yīng)力集中必須要有全面的掌握，得到模板的荷載位移線，加載前，在模板上粘貼好應(yīng)變片以及布置好位移計。本次實驗的過程當(dāng)中，一共在面板中肋以及邊框粘貼了17個應(yīng)變片，布置了七個位移計，在粘貼應(yīng)變片之前，首先針對于鋁合金模板的粘貼位置使用砂紙向著四十五度的方向進(jìn)行了輕微的打磨，并且使用酒精擦拭干凈，在擦拭的過程當(dāng)中，需要注意一定要沿著單一的方向進(jìn)行擦拭，嚴(yán)禁來回不斷交替的擦洗。粘貼應(yīng)變片之后，需要使用歐姆表來對其進(jìn)行測量，防止出現(xiàn)壞片，影響最終實驗的進(jìn)度，為了防止在搬運的時候出現(xiàn)磕碰以及受潮等情況，對于應(yīng)變片裸露的部分需要均勻的涂抹好乳膠，使其能夠完全的覆蓋應(yīng)變片，嚴(yán)格規(guī)范各種操作，確保實驗的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

在本次試驗的過程當(dāng)中，分別為400w2700，350w2700，300w2700 的鋁合金墻模板進(jìn)行了試驗，并且對350w2700 進(jìn)行了750mm，900mm 以及120mm的背楞間距試驗，在試驗的時候，通過改變兩個箱型梁的間距，有效地實現(xiàn)針對于背楞間距的控制，所對應(yīng)的編號是350w2700j750，350w2700j900，350w2700j1200，對于300w2700，400w2700 只進(jìn)行了背楞間距為900mm 的實驗，所對應(yīng)的編號是300w2700j900，400W2700j900。除此之外，為了避免出現(xiàn)試驗的偶然性跟操作的不唯一性，所以每一組試驗都需要做三次。

3.2 加載方式

在針對于鋁合金模板進(jìn)行力學(xué)性能分析的時候，為了能夠更好的反映出真實的受力情況，模板使用的是簡支約束，按照相關(guān)規(guī)定的要求，沿著短邊寬度方向放置好支座，支座的間距分別為750mm，900mm 以及1200mm。在試驗之前就應(yīng)該把模板、分配梁以及壓力傳感器和液壓千斤頂進(jìn)行對中，這樣能夠更好的模擬荷載情況未平衡的情況以及導(dǎo)線接觸是否是正常的，針對于模板進(jìn)行預(yù)加載，觀察位移計以及壓力傳感器的設(shè)備是否是正常的，判斷荷載跟變形關(guān)系是否是穩(wěn)定的，防止設(shè)備出現(xiàn)異常導(dǎo)致模板出現(xiàn)開裂的情況，因為那樣會容易導(dǎo)致實驗出現(xiàn)失敗，最終影響到試驗的進(jìn)度。

然后使用液壓千斤頂來進(jìn)行緩慢的加載，5kn 作為一級，每一級需要保持荷載二分鐘，并且在均勻荷載對應(yīng)下的三分點荷載保持荷載二分鐘，持續(xù)加載一直到構(gòu)件無法繼續(xù)承載而出現(xiàn)破壞為止。在加載的時候，需要時刻得注意壓力傳感器以及位移計的讀數(shù)，防止出現(xiàn)瞬間加壓過大的情況，因為那樣很容易就導(dǎo)致構(gòu)件會出現(xiàn)瞬間的破壞。

在本次實驗當(dāng)中，所選取的模板的全長為2700mm，一端使用鉸支座，而另外一段使用滾動支座，支座使用加工的工裝，鉸支座以及滾動支座需要分別安裝在箱型梁上面，箱型梁則需要搭建在200t 加載架上面，通過調(diào)整箱型梁之間的間距，能夠有效地實現(xiàn)模板的不同加載，使用千斤頂來進(jìn)行加載，利用跟千斤頂連接的傳感器測量荷載，荷載由一個大分配梁分配給兩個直接作用在模板上面的小分配梁，實現(xiàn)對稱加載。為了能夠有效地減少實驗過程當(dāng)中的接觸，達(dá)到線荷載的目標(biāo)，在小分配梁焊接實心管，這樣能夠更好的模擬均布荷載。

3.3 試驗結(jié)果

為了能夠獲得更加準(zhǔn)確的實驗結(jié)果，本次一共進(jìn)行了七組實驗，每三塊作為一組，本次實驗當(dāng)中使用的都是模板邊框，開孔處破壞，中肋無裂縫，一側(cè)邊框破壞之后，繼續(xù)加載荷載，變化量是比較小的，幾乎是可以說沒有變化，而位移的變化卻非常的大，而且一直都在不斷的增加當(dāng)中，千斤頂卸載的時候，發(fā)現(xiàn)模板出現(xiàn)了回彈的情況，這種現(xiàn)象符合彈性卸載的規(guī)律，而且不可以恢復(fù)原狀，留有塑形變化，使位移讀數(shù)不為零。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，模板350w2700j750、350w2700j900、350w2700j1200 的跨中開孔處被拉斷，同時因為加工的缺陷，所以說每一個孔都有被拉斷的可能，具有不確定性，跨中受等效純彎矩后發(fā)生塑性變化，因為縱肋沒有在截面中間，所以是模板300w2700j900，400w2700j900 在發(fā)生了破壞之后，其邊框跟縱肋之間距離比較大的邊框開孔處出現(xiàn)了翹曲變形。

通過針對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)模板在每平方米30kn 的等效荷載下，350w2700j900 的撓度分別是350w2700j750、350w2700j1200 的1.797 倍以及0.291倍，在每平方米45kn 的等效荷載下，其撓度分別是這二者的1.799 倍以及0.295 倍，在每平方米65kn 的等效荷載下，撓度分別是這二者的2 倍以及0.306 倍。在極限荷載的作用下350w2700j900 的撓度分別是這二者的1.351 倍以及0.196 倍，另外需要注意的一點是350w2700j900 的極限荷載是要比350w2700j750 的荷載降低21.76%左右的，同時比350w2400j1200 提高了26.51%左右。由此便可以看出，模板的撓度會伴隨著支座間距的增大而不斷的增大，同時其承載力也會隨著間隙的增大而出現(xiàn)減少的情況。

綜上所述，不難發(fā)現(xiàn)，跟傳統(tǒng)的模板相比，鋁合金模板具有非常明顯的優(yōu)勢，而且在建筑工程，混凝土施工過程當(dāng)中，使用鋁合金模板，不僅能夠有效的提升我們的施工效率，縮短工期，同時也能夠保證整個工程的質(zhì)量，而且建筑單位在使用鋁合金模板的過程當(dāng)中，也能夠堅持可持續(xù)發(fā)展的理念，真正的落實國家的減排政策。但是鋁合金模板在施工的過程當(dāng)中，對于操作人員的要求還是比較高的，所以說還是要加大針對于模板工程技術(shù)的創(chuàng)新的力度，進(jìn)一步的降低鋁合金模板在使用過程當(dāng)中的成本。

結(jié)語：

在本文當(dāng)中，主要針對于鋁合金模板使用過程當(dāng)中的力學(xué)性能進(jìn)行了相關(guān)的探討，最終通過實驗，得到了以下結(jié)論。

（1）針對于鋁合金模板進(jìn)行了剛度以及承載力的試驗研究，在等效荷載的作用下，模板的變形以及具體的承載力驗證模板是否滿足相關(guān)規(guī)范要求，探究模板的破壞形式，發(fā)現(xiàn)模板都是邊框開孔處被破壞，是因為開孔處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象所導(dǎo)致的。

（2）針對于模板進(jìn)行了有無橫肋的試驗，得出模板的有橫肋的破壞位置發(fā)生加載點的邊框開孔位置，而無橫肋也會發(fā)生在模板的加載點，但是跨中撓度會非常的大，橫肋對于模板的剛度影響也非常的大，能夠有效地限制模板的變形，但是對于模板的承載力的影響是比較小的，通過改變箱梁的位置來控制模板的背楞間距的實驗，可以發(fā)現(xiàn)，隨著支座間距的不斷的增大，那么模板的變形也會增大。隨著模板背楞間距的不斷的增大，模板的剛度也會降低，通過針對于不同寬度的模板進(jìn)行了實驗，可以發(fā)現(xiàn)模板的變形會伴隨著寬度的增加而增大。