幸曉嬌，段曉農，姜 博，秦培成，馮紹穎

(1.海南大學 土木建筑工程學院，海南 ?？?570228；2.海南建設集團，海南 ?？?570228)

鋁合金樓面模板性能試驗

幸曉嬌1，段曉農1，姜 博2，秦培成2，馮紹穎2

(1.海南大學 土木建筑工程學院，海南 ?？?570228；2.海南建設集團，海南 ?？?570228)

對單塊鋁合金樓面模板和樣板房組合鋁合金樓面模板體系分別進行了均布荷載試驗，并進行了對比分析。3組單塊鋁合金樓面模板分別作用均布荷載10.08 kN/m2，跨中相對位移分別為1.423 mm、1.440 mm和1.462 mm。對樣板房組合鋁合金樓面模板作用均布荷載11.5 kN/m2，跨中相對位移最大值為3.691 mm，實測值為5.667 mm；持荷24 h后，相對位移變化小。與單塊模板進行對比，組合模板體系受到模板尺寸、支座條件、銷釘以及鄰近模板相互作用等因素的影響。研究結果表明：鋁合金模板體系具有良好的持荷能力和承載力性能，組合鋁合金模板的連接構件對鋁合金模板承載力有一定的影響。

綠色施工；鋁合金樓面模板；樣板房組合體系；均布荷載試驗；力學性能

0 引言

鋁合金模板作為一種綠色建筑施工模板，具有良好的經濟效益和社會效益。其主要優(yōu)點[1-4]為：材料周轉使用次數多，攤銷成本低，殘值回收率高，低碳環(huán)保；對施工環(huán)境適應性強，無廢料產生；整個系統(tǒng)標準化程度高，質量較輕，施工技術簡單，拼裝快，效率高；承載力強，配合精度高，能達到免抹灰的施工效果。

發(fā)達國家和一些新興工業(yè)國家已經積累了大量的鋁合金模板制造和建筑施工等方面的經驗，其中，韓國大量的高層住宅已經開始廣泛采用鋁合金模板技術施工。借鑒國外鋁合金模板的應用與研究[5-7]成果，可為國內建筑施工方式拓展思路。

目前，國內對鋁合金模板的研究主要偏重于實際工程應用。文獻[8-12]將鋁合金模板應用在實際工程中，著重對其應用特點、施工技術要點以及經濟效益進行了對比分析，實踐表明：鋁合金模板能夠提高工程質量、加快施工進度，并且具有良好的經濟效益和社會效益。但是國內對模板承載力的理論分析和試驗研究較少[13-15]，還處于探索階段。文獻[13]運用有限元軟件模擬鋁合金模板體系在風荷載作用下的變形，發(fā)現(xiàn)結構的抗傾覆和抗滑移能力是由模板自重和相關構件的作用來保證。文獻[14]對單塊鋁合金模板進行靜力荷載試驗，并對有限元軟件模擬與試驗結果進行了對比。

本文主要研究鋁合金模板的承載性能，對單塊鋁合金樓面模板和樣板房組合鋁合金樓面模板分別進行了承載力試驗，可為鋁合金模板的應用提供一定的理論參考。

1 單塊鋁合金樓面模板試驗

為了方便采集單塊鋁合金樓面模板試驗數據，試驗地點定在?？诤＝萍即髲B空地。試驗主要目的是考察單塊鋁合金樓面模板的剛度及其變化趨勢，為樣板房體系試驗提供數據指導。

根據鋁合金模板后肋梁結構布置形式的不同，鋁合金樓面模板主要分為兩種類型。一種是短向橫肋式，模板橫肋沿短邊方向貫通，文獻[10]對該類型模板采用四邊固定的雙向板簡化計算；另一種是主次梁式，模板次肋沿長邊方向貫通，與短向的橫梁疊接。

表1 試驗條件及標準

本文采用主次梁式的鋁合金樓面模板，選取1 100 mm ×400 mm × 3.5 mm規(guī)格的3塊鋁合金模板進行試驗，試驗條件及標準見表1。

簡支支座由鋼管混凝土(C60)和墊板組成，布置在模板的短跨方向。試驗前，對支座進行了強度測試，承載質量550 kg，持荷24 h，經游標卡尺測量，鋼管直徑無變化。

1.1 試驗方案與步驟

試驗對象為單塊鋁合金樓面模板，綜合考慮數據采集以及試驗場地能提供的載荷、混凝土試塊等便利因素，現(xiàn)場采用150 mm × 150 mm ×150 mm標準混凝土試塊。同時，混凝土試塊均勻分布加載，在相鄰試塊之間留有間隙，防止產生內拱反應。

根據鋁合金樓面模板類型及變形趨勢，將測點分別布置在模板跨中和兩端支座處，測點布置示意圖如圖1所示。將百分表布置在模板的上表面處(分別為圖1中A、B、C位置)，減小因讀數而造成的誤差。

分別對3塊鋁合金樓面模板進行均布加載試驗，如圖2所示。試驗荷載共分15級，加載步驟按預加載、承載能力試驗順序進行。

圖1 測點布置示意圖圖2 單塊鋁合金樓面模板均布加載試驗

加載方案如下：

①預加載 0 kN-0.48 kN-0 kN；承載能力試驗：0 kN-0.48 kN-0.87 kN-1.36 kN-1.76 kN-2.24 kN-2.47 kN-2.71 kN-2.88 kN-3.04 kN-3.30 kN-3.55 kN-3.79 kN-3.96 kN-4.19 kN-4.44 kN。

②每級荷載的持荷時間≥10 min，穩(wěn)定后讀數，記錄數據及變形情況。

③卸載后檢查測量模板的殘余變形值，并檢查模板是否破壞以及焊縫是否產生裂紋。

圖3 單塊鋁合金樓面模板荷載-相對位移曲線

1.2 試驗分析

試驗中將測點A、B(見圖1)的數據作為支座下沉量，計算得到模板的相對位移變化，分析荷載作用下鋁合金樓面模板的剛度變化。

根據每級載荷與對應的跨中相對位移值可繪制出單塊鋁合金樓面模板荷載-相對位移曲線，如圖3所示。

由圖3可知：各級荷載與對應的相對位移值基本呈線性關系，說明單塊鋁合金樓面模板在試驗過程中基本處于彈性狀態(tài)。實測數值有一定波動，因為前期布置的混凝土試塊較少，未達到較好的均布荷載效果，對跨中相對位移數值有一定的影響，但未影響曲線的整體變化趨勢。

在JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技術規(guī)范》[16]中規(guī)定，單塊模板的容許變形值≤1.5 mm。本文試驗結果：3塊鋁合金樓面模板最大相對位移分別為1.423 mm、1.440 mm和1.462 mm，殘余相對位移分別為0.14 mm、0.17 mm和0.18 mm，均滿足規(guī)范要求。

2 樣板房組合鋁合金樓面模板試驗

樣板房組合鋁合金樓面模板主要由4塊1 100 mm×400 mm、4塊1 200 mm×400 mm、1塊1 100 mm×400 mm和1塊1 200 mm×400 mm，面板厚度均為3.5 mm的鋁合金模板構成。選擇的測點原則上要反映樓面模板的主要變化趨勢，根據支撐條件，按支座和跨中尋找測點?？紤]到多個單塊鋁合金模板組合的形式、支撐條件以及測點讀數的可行性等多方面的因素，在樓面模板橫向和豎向共布置9個測點，如圖4所示。所有測點均布置在模板的下表面，其中測點1、5、6、9放置在陰角模板的下表面。

試驗采用砂袋模擬均布加載，鏟車輔助搬運荷載，人工進行荷載布置。荷載布置如圖5所示。機械輔助的目的是減小人工大幅度搬運荷載時對樣板房穩(wěn)定性的影響，同時可以節(jié)省時間和勞動力，操作性強。

圖4 測點布置示意圖圖5 荷載布置

2.1 加載方案

鋁合金模板能達到免抹灰狀態(tài)，根據JGJ 162—2008《建筑施工模板安全技術規(guī)范》[16]，結構表面外露模板最大位移不得超過模板構件計算跨度的1/400(1 200/400=3 mm)。試驗以相對位移為主要控制指標，當樣板房組合鋁合金樓面模板相對位移最大值在規(guī)范限值時，停止加載，再持荷1 d觀察模板變形及其整體穩(wěn)定性。試驗采用砂袋逐級加載法，分22級單向加載，加載方案如表2所示。

表2 試驗加載方案

2.2 試驗分析

本試驗主要是以位移變形為控制變量，但是實際試驗中有不可控因素。因此，當跨中相對位移最大值達到3.691 mm，試驗終止，相對應的荷載為11.5 kN/m2，測點實際位移為5.667 mm。

圖6 絕對位移-面荷載曲線

測點實際絕對位移-面荷載曲線如圖6所示。由圖6可知：各測點的實測絕對位移隨著面荷載的增大基本呈線性增長，說明樣板房組合鋁合金樓面模板體系在試驗過程中基本處于彈性工作狀態(tài)。位于跨中的測點2、4、8、7在加載后絕對位移變化較大，符合簡支板(梁)在受均布荷載作用時跨中絕對位移最大的規(guī)律。

以測點1、3、5、6、9為支座，則測點2、4、7、8為跨中，計算得到跨中測點的相對位移值。相對位移-面荷載曲線如圖7所示。由圖7可看出：測點2 相對位移最大，呈較快的上升趨勢，當均布面荷載值為9.10 kN/m2，位移達到2.990 mm?？缰邢鄬ξ灰?持荷時間曲線如圖8所示。由圖8可看出：在持荷24 h后，持荷時間對樣板房組合鋁合金樓面模板的相對位移影響不大，整體變化較小。

圖7 相對位移-面荷載曲線圖8 相對位移-持荷時間曲線

2.3 強度驗算

對樣板房連接構件-銷釘、支撐構件、陰角模板進行強度驗算。

2.3.1 鋼支撐穩(wěn)定性驗算

(Ⅰ)穩(wěn)定性驗算

L=2.1 m,f=200 MPa,f0.2=1.2f=240 MPa。根據GB 50429—2007《鋁合金結構設計規(guī)范》[17]，強硬化、非焊接鋁合金管的修正因數限值ηe=1.0，無焊接時，取焊接缺陷影響因數ηhaz=1。因此，雙軸對稱截面軸心受壓構件的穩(wěn)定性計算因數：φ1=ηeηhazφ=φ；外管兩端鉸接，計算長度因數μ=1。支撐桿件尺寸如表3所示。

桿件長細比λ=μl/r=114.13;鋼管承受的軸力N≤φAf=34.04 kN；查表[19]得穩(wěn)定因數φ=0．521。

表3 支撐桿件尺寸

(Ⅱ)鋼管壁受壓強度

端面容許承壓強度fce=205 N/mm2，管壁受壓面積A壁=272.28 m2，則fceA壁約為56 kN。

2.3.2 插銷受剪力

D=14 mm,A銷=153.94 mm2，常用材料采用[τ]=80 MPa，受剪容許荷載：[τ]×2A銷=24.36 kN。

綜合考慮鋼支撐和插銷的容許荷載，取容許荷載中的最小值24.63 kN為鋼支撐受壓容許荷載值。在試驗中鋼支撐承受荷載面積A=1.08 m2，因此，鋼支撐承受荷載值為12.96 kN，小于24.63 kN,滿足要求。

2.3.3 樓面陰角模板

試驗中樣板房組合鋁合金樓面模板承受11.5 kN/mm2的均布荷載，鋁合金模板自重0.25 kN/mm2；L=1.2 m,l=0.1 m,t=5 mm。

陰角模板所受彎矩：M=pl=0.75 kN/m。

3 單塊鋁合金樓面模板與樣板房組合鋁合金樓面模板對比

樣板房組合鋁合金樓面模板作用10.08 kN/m2荷載時，測點2、4、7、8對應的跨中相對位移值如表4所示。與單塊鋁合金樓面模板(見表4)相對比，相對位移值較大，分析產生差距的主要原因：

表4 跨中相對位移值

(Ⅰ)測點2的相對位移最大，主要原因是模板尺寸不同，L=1 200 mm。

(Ⅱ)支座條件不同，單塊鋁合金樓面模板的支座相對剛度較強；同時，在樣板房組合鋁合金樓面模板試驗中，測點4的支座一端是早拆桿件，支撐條件比測點7和測點8剛度大，測點4的相對位移較小。因此，支座的剛度對測點相對位移有一定影響。

(Ⅲ)在樣板房組合鋁合金樓面模板試驗中，支座測點設置在陰角模板處，在陰角模板和樓面模板之間有銷釘連接。荷載作用時，銷釘受到剪切而產生變形，因此，連接構件的銷釘對模板位移的影響不容忽略。

(Ⅳ)樣板房組合鋁合金樓面模板是由多個單塊鋁合金樓面模板組合構成，與單塊鋁合金樓面模板相比，樣板房體系中鋁合金模板屬于雙向受力。由圖6可以看出：當面荷載作用較大時，不僅縱向產生變形，而且在橫向上，鄰近模板對體系中單塊模板產生的連帶作用不容忽略。

綜上所述，在試驗過程中，整個樣板房組合鋁合金樓面模板結構體系一直處于彈性工作狀態(tài)，整體穩(wěn)定性好。在橫向、豎向上測點的位移基本呈線性變化，整體工作狀態(tài)能很好地滿足施工要求。

4 結論

(1)通過試驗測得單塊鋁合金樓面模板性能，作用10.08 kN/m2的均布荷載時，最大相對位移發(fā)生在跨中，3塊模板跨中相對位移分別為1.423 mm、1.440 mm和1.462 mm 。試驗所測得的相對位移和殘余相對位移均小于參考規(guī)范的允許值，滿足規(guī)范要求。

(2)樣板房組合鋁合金樓面模板試驗中，跨中測點2的相對位移值最大。當測點2的相對位移達到 2.990 mm時，模板承受的均布荷載為9.10 kN/m2。在持荷24 h后，相對位移整體變化小，模板具有較強的持荷性能和承載力性能，能夠很好地滿足施工要求。

(3)與單塊鋁合金樓面模板承載力相比，同等荷載作用下，樣板房組合鋁合金樓面模板位移值大，主要與模板的尺寸、支座條件、連接構件的銷釘以及其他模板對單塊模板的連帶作用有一定的關系。

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海南省科技廳重大科技基金項目(ZDZX2013015)

幸曉嬌(1991-),女,河南正陽人,碩士生;段曉農(1965-),男,甘肅平涼人,副教授,碩士，碩士生導師，主要研究方向為高層建筑結構分析及抗震設計.

2017-01-05

1672-6871(2017)04-0054-06

10.15926/j.cnki.issn1672-6871.2017.04.012

TU755.2

A