任 非

(三門峽職業(yè)技術(shù)學院建筑工程學院，河南三門峽 472000)

施工過程中混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系時變性能研究

任 非

(三門峽職業(yè)技術(shù)學院建筑工程學院，河南三門峽 472000)

現(xiàn)代建筑施工過程中，運用混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系進行施工已成為普遍的現(xiàn)象。混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系兩者屬于時變結(jié)構(gòu)，對混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系受力分解，能夠有效排除施工過程存在的重大隱患。本文主要探討施工過程中混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系時變性能，通過對多層混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板支撐體系的實驗操作，得出混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系的時變性能。

多層模板支撐體系；時變結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場實測；有限元分析

混凝土結(jié)構(gòu)施工廣泛應用多層模板支撐體系施工技術(shù)，該施工體系能夠?qū)⒏鞑糠趾奢d均勻地分布于各個結(jié)構(gòu)體系中，也能夠使整個施工體系結(jié)構(gòu)更加安全。施工中常見的混凝土荷載、施工活荷載都由模板支撐體系進行分擔，它能夠很好地將各個荷載轉(zhuǎn)移到澆筑完成的建筑結(jié)構(gòu)中?，F(xiàn)澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)、模板支撐體系兩者只作為臨時承載體系，他們的結(jié)構(gòu)特性、材料特性會隨著時間的改變發(fā)生變化，這就是我們所說的時變結(jié)構(gòu)。時變結(jié)構(gòu)自身的受力，也會隨著施工程序、混凝土彈性特征、強度、韌性等不斷的發(fā)生改變。我們研究多層模板支撐體系時變性能的意義為，根據(jù)多層模板支撐體系時變性能變化特征，進行施工工作的調(diào)整與規(guī)劃，最終在保證安全的情況下按時完成施工工作。在這種嚴格的施工質(zhì)量要求下，相關(guān)專家對施工過程中的時變結(jié)構(gòu)進行深入研究，最終得出準確的分析模型、簡要的分析模型、精要的分析模型、等效框架分析模型等多種時變結(jié)構(gòu)分析模型。以上分析模型能夠?qū)r變結(jié)構(gòu)性能進行全面完善的分析，還有專家通過實地檢測得出多層模板支撐結(jié)構(gòu)體系時變特性的研究結(jié)果。

通過實地檢測多層混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板支撐體系，統(tǒng)計時變結(jié)構(gòu)體系中樓層鋼筋受力、支撐桿軸力、各層結(jié)構(gòu)的位移等多種數(shù)據(jù)的變化；還需要統(tǒng)計施工過程中混凝土原料性能、各個結(jié)構(gòu)形態(tài)、支撐構(gòu)件結(jié)構(gòu)等的變化情況。多種建筑施工構(gòu)件形態(tài)、性質(zhì)等變化，會導致建筑整體結(jié)構(gòu)荷載的巨大改變。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析軟件的相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系模型。在運用時間凍結(jié)法的前提下，將各個時間區(qū)間的混凝土原料性能、施工過程中各個結(jié)構(gòu)變化作為變量因子，從而得出時變結(jié)構(gòu)模型中組成構(gòu)件荷載變化規(guī)律。通過對比模型數(shù)據(jù)、現(xiàn)實檢測數(shù)據(jù)，給出較為統(tǒng)一的荷載分析結(jié)果。

1 混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系時變性能測試內(nèi)容

在樓層中測試區(qū)域的立桿上安裝靜力傳感器、電阻應變片，以檢測支撐桿軸力的大小。根據(jù)測試區(qū)域要求布置支撐桿，需要在主梁區(qū)域布置12根測試桿，后澆帶區(qū)域布置4根測試桿，次梁區(qū)域布置2根測試桿。樓板中間區(qū)域放置鋼筋計來檢測樓板鋼筋的受力大小，還需要在各層放置2個鋼筋計，鋼筋計與樓板鋼筋受力點需要使用電焊焊實。在鋼筋計與樓板鋼筋受力點焊實后，再進行混凝土澆筑工作。通過位移傳感器中的相關(guān)數(shù)據(jù)，指出混凝土澆筑過程中板撓度變化情況。我們對位移傳感器進行特別的支架構(gòu)建，使測試支架、模板支撐架兩者有效分離。這樣設(shè)計的目的是防止支撐體系架體對位移傳感器的干擾，使位移傳感器撓度測試結(jié)果更加準確。測試對象為整個建筑物中的三層空間，測試時間為這三層建設(shè)的混凝土澆筑過程。根據(jù)各種施工程序?qū)ㄖY(jié)構(gòu)體系荷載影響的大小，進行不同方式不同時間段的采集。比如，施工中對建筑結(jié)構(gòu)體系荷載影響較大的工序，我們可以增加采集的次數(shù)與頻率，從而獲得更加準確的結(jié)果。

2 混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系時變性能測試結(jié)果

2.1 支撐立桿軸力測試結(jié)果

在分析整個三層的支撐桿軸力時程曲線后，得到以下的測試結(jié)果：(1)在混凝土澆筑施工過程中，支撐桿軸力會在其中出現(xiàn)兩個最大值點，也就是兩個波峰。在第一層混凝土澆筑完成后會出現(xiàn)一個波峰，該過程中支撐架承受混凝土的所有荷載；在最上層混凝土澆筑完成后會出現(xiàn)一個波峰，而最上層的混凝土荷載由支撐架、澆筑完成的樓板傳遞到下層。在整個混凝土澆筑的過程中，會有兩個支撐桿軸力時程曲線發(fā)生明顯的數(shù)值變化。這種情況發(fā)生的原因為，在這兩個支撐桿附近的混凝土存在過度堆積的情況，過度堆積導致支撐桿所承受的荷載迅速增大。(2)支撐桿軸力時程曲線呈現(xiàn)出上下波動的變化趨勢，支撐桿軸力在出現(xiàn)最大值后，會隨著時間的推移緩慢下降；在另一個波峰出現(xiàn)的時候，又會緩慢上升。在混凝土養(yǎng)護過程中，由于支撐桿所承受的荷載減小，因此支撐桿軸力曲線也緩慢下降；若支撐桿受到新荷載的壓力，那么相應的軸力曲線數(shù)值也會增長。

2.2 樓板鋼筋計測試結(jié)果

在分析最底層支撐桿軸力時程曲線后，得到以下測試結(jié)果：在建筑施工過程中，混凝土的養(yǎng)護、施工工序的改變，會引起樓板鋼筋受力情況的改變。根據(jù)檢測結(jié)果得出，對樓板鋼筋受力具有較大影響因素為：(1)在最底層混凝土澆筑完成后，樓板鋼筋計的數(shù)值會逐漸增大，在增大到最大值后逐漸減小。因此我們可以看出，剛剛澆筑完成的混凝土樓板，由于自身強度較弱，所以不能夠承受較重的荷載；在混凝土強度緩慢增強的過程中，它對整體樓板的承載能力也慢慢增強。(2)頂層混凝土澆筑完成后，樓板鋼筋計的數(shù)值又會達到最大值。因此我們可以得出，最底層樓板鋼筋所承受的壓力，是上面兩層所承載的壓力總和，頂層樓板的荷載通過樓層間的支撐架傳遞到下層空間。(3)最底層的支撐架在拆除后，鋼筋計的數(shù)值又會達到最大值。這表明樓板中的所有壓力都被最底層所承擔，最底層無法通過任何途徑將所承受的壓力傳遞到其他地方。

2.3 樓層間的相對位移測試

位移傳感器在最底層與中間層之間，隨著混凝土澆筑過程的進行，位移傳感器的位移計時程曲線也會發(fā)生相應的變化。在混凝土澆筑及養(yǎng)護的過程中，位移傳感器會進行數(shù)據(jù)的采集工作，位移傳感器初始值為0。通過精確的數(shù)據(jù)分析，我們得出，在混凝土澆筑完成后，下層樓板直接支撐桿軸力值將會迅速增大，支撐桿承受的荷載增加值占新增荷載的80%以上；下層樓板間接支撐桿軸力值也會迅速增大，支撐桿承受的荷載增加值占新增荷載的30%以上，后澆帶區(qū)域支撐桿承受的荷載增加值占新增荷載的50%以上。剛剛澆筑完畢的混凝土結(jié)構(gòu)，下層樓板支撐桿軸力會迅速達到最大值，所以混凝土板結(jié)構(gòu)不能承受所背負的荷載。隨著混凝土強度的增強，混凝土板逐漸能夠承受所背負的荷載。在澆筑最頂層混凝土時，中間層與最底層的支撐桿軸力值都會迅速增大，鋼筋計數(shù)值也會迅速增大。但最底層的支撐桿軸力值增加數(shù)值較小，這說明上層混凝土板的強度在不斷增加，混凝土板逐漸能夠承受所背負的荷載。最底層支撐桿拆除后，鋼筋計數(shù)值迅速增大。這表明樓板內(nèi)的荷載無法向下傳遞，所承受的荷載由樓板本身承擔。以上分析表明，混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系荷載隨著施工時間的變化而變化，具有明顯的時變特性。

3 多層模板支撐體系數(shù)值模型分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)分析軟件的相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系模型。該模型具有以下幾方面的特征：(1)實地檢測對象為各個支撐桿軸力，忽略橫桿、斜桿、剪刀撐對整個支撐桿體系的影響。(2)運用時間凍結(jié)法，根據(jù)各個時間段混凝土彈性模量值，給出混凝土材料特性的變化情況。(3)通過鉸接的方式進行支撐桿、樓板的連接。支撐桿鋼管外徑為0.048m，壁厚0.003m，泊松比為0.3，混凝土為C30。

根據(jù)E(t)=E28tb(t≦28)公式，得出混凝土彈性模量值。(注：t：混凝土齡期；E28：混凝土第28天的彈性模量；b：待定系數(shù)。在混凝土為C30的情況下，待定系數(shù)b=0.3。)

我們在對照原有模型數(shù)據(jù)的前提下，將原有模型數(shù)據(jù)與實地檢測數(shù)據(jù)中的相近數(shù)據(jù)，作為支撐桿軸力數(shù)據(jù)的最后數(shù)值。根據(jù)不同時間段的支撐桿軸力數(shù)值，求出相應的支撐桿軸力數(shù)值時程曲線。通過分析我們發(fā)現(xiàn)：(1)在混凝土齡期不斷變化的前提下，所有支撐桿的軸力數(shù)值也隨著迅速變化。(2)在剛剛澆筑完畢的混凝土荷載下，支撐桿軸力會迅速達到最大值；在混凝土自身強度逐漸增強過程中，支撐桿軸力又會緩慢下降；在最上層混凝土剛剛澆筑完畢后，支撐桿軸力又會達到最大值，以上結(jié)果與支撐桿時程曲線具有一致的變化趨勢。將支撐桿軸力、樓板內(nèi)力計算值和原有模型數(shù)據(jù)進行對比得出：通過結(jié)構(gòu)分析軟件的數(shù)據(jù)計算，我們得到的支撐桿軸力、樓板內(nèi)力計算值與原有模型數(shù)據(jù)具有較強的一致性，在數(shù)據(jù)的變化趨勢上也具有較強的一致性。所以結(jié)構(gòu)分析軟件的使用，能夠得到準確的混凝土結(jié)構(gòu)多層模板支撐體系時變性能數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

根據(jù)以上分析我們可以得出，在給定結(jié)構(gòu)下的建筑設(shè)計，已經(jīng)不能滿足如今建筑施工的需要。而施工過程中混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系結(jié)構(gòu)，是一種具有多種時變性的體系結(jié)構(gòu)。所以在建筑施工的混凝土澆筑過程中，要根據(jù)樓板承受荷載的變化情況，分析混凝土材料特性、結(jié)構(gòu)形狀、空間位置等多方面的變化情況。通過實地檢測支撐桿軸力數(shù)值、樓板內(nèi)力數(shù)值、樓板間相對位移數(shù)值的變化情況，得出混凝土結(jié)構(gòu)及多層模板支撐體系時變結(jié)構(gòu)的荷載變化規(guī)律。在利用結(jié)構(gòu)分析軟件相關(guān)數(shù)據(jù)的過程中，得出與原有模型數(shù)據(jù)相近的數(shù)據(jù)結(jié)果。

1 陳超,劉魁. 人字柱整體移動式模板支撐體系應用總結(jié)[J]. 武漢大學學報(工學版). 2013(S1).

2 臧健,王啟秀. 淺談如何預防高大模板支撐體系坍塌[J]. 建筑安全. 2013(1).

3 董興偉. 建筑模板支撐體系坍塌原因與規(guī)避對策分析[J]. 建筑知識. 2015(12).

4 龍飛. 高大模板支撐體系施工安全的管理分析[J]. 福建建材. 2016(01).

(責任編輯：譚銀元)

Study on Time Varying Performance of Concrete Structure and Multistory Formwork Support System in Construction Process

REN Fei

(Sanmenxia Polytechnic, Sanmenxia 472000, China)

During the modern building construction process, the use of concrete structure and multi-layer formwork support system has become a common phenomenon. The structure of concrete and the support system of multistory formwork are time-varying structure, which can effectively eliminate the major hidden trouble in the construction process. This paper mainly discusses the time-varying performance of the concrete structure and multistory formwork support system in the construction process, and the time-varying performance is concluded through experimental operation of the multistory formwork support system.

multistory formwork support system; time varying structure; field test; finite element analysis

2016-05-06

任 非，男，講師，碩士,研究方向：土木工程。

TU37

A

1671-8100(2016)04-0028-03