混凝土侧压力测试技术研究★

潘剑云 刘国华 杨 博 孙海涛 张 欣

(1.浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300；2.浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058； 3.浙江理工大学建筑工程学院，浙江 杭州 310018)

混凝土侧压力测试技术研究★

潘剑云1刘国华2杨 博3孙海涛1张 欣1

(1.浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300；2.浙江大学建筑工程学院，浙江 杭州 310058； 3.浙江理工大学建筑工程学院，浙江 杭州 310018)

分析了新浇混凝土对模板的侧压理论，介绍了两种简易的测试装置，并通过对比实测值与理论值，验证了装置的效用，实验表明，应变测试装置能反映侧压力变化规律，而且其测值与理论分析值接近。

新浇混凝土，模板，测试装置，侧压力

为了研究者能更好地在实验室环境下对混凝土侧压力的变化规律及影响因素进行分析研究，本项目从测试设备和测试方法等方面入手，结合现有侧压力理论，设计出一种便捷而有效的实验技术措施。

1 新浇混凝土侧压力理论

1.1 侧压力特征

新浇混凝土对模板侧压力，是指入模时具有一定流动性的新浇混凝土在浇筑、振捣和自重的共同作用下，对限制其流动的侧模板所产生的压力[1]。我国在20世纪60年代～80年代对混凝土侧压力进行了大量的测试研究，发现对于不同的结构类型，尽管一次浇筑高度、浇筑速度不同。但混凝土侧压力分布曲线的走势基本相似，侧压力主要特征如下[2]：

1)最大侧压力随混凝土浇筑速度提高而增大，与其呈幂函数关系；2)在一定的浇筑速度下，因混凝土的凝结时间随温度的降低而延长，从而增加其有效压头；3)机械振捣的混凝土侧压力比手工捣实增大约56%；4)侧压力随坍落度的增大而增大；5)外加剂对混凝土固化速度和稠度有调整作用，从而影响混凝土的侧压力；6)侧压力随混凝土力密度的增加而增大。

1.2 影响因素

影响新浇混凝土侧压力的因素归纳起来主要有三个方面:混凝土的工作性能、混凝土的浇筑方式以及模板特征等。具体的因素则相对较多[3]，如水泥的种类和用量、骨料特性、水灰比、化学掺合料、浇筑速度、浇筑方式、模板尺寸、振捣等。

2 实验系统配置

2.1 应变测试系统

应变测试方法与技术作为实验力学的重要组成部分，被广泛应用于各种工程结构中[4]。电阻应变片的优点主要表现在尺寸小、重量轻、安装方便，一般不会干扰构件的应力分布，并且精度较高，对环境的适应性好。本项目的应变测试即采用普通的电阻应变片来实现。

该系统中的模板采用标准油料大筒，直径60 cm，高度90 cm，以电阻应变片粘贴于钢筒的侧壁，并用电阻应变仪测得实验过程中侧边的应变值，最终计算得到模板所受的侧压力。

2.2 压力测试系统

为了检测不同厚度的混凝土对侧壁的压力影响，共设计了两种不同规格的水池，净空尺寸分别为：① 50 cm×40 cm×80 cm，② 50 cm×26 cm×115 cm。

土压力盒具有较高灵敏度、结构简单、体积小等优点,更适合于室内模型试验或较小比例的模型试验[5]。该测试系统以振弦式土压力盒为主要测试设备，采用简易的振弦频率测试仪测得压力盒上的频率变化值，最终换算得到压力值。

将土压力盒埋置于模板的侧面和底面，侧面的压力盒尽可能靠近模板的底部，并且使其与模板的内边平齐，以获得更可靠的压力值，而底部的压力盒则主要用于数据的校验。

3 试验成果与数据分析

3.1 钢筒模板系统压力数据分析

3.1.1 测点布置及应变测值

钢筒模板系统采用通过测试钢筒周边拉压应变，然后折算混凝土模板侧压力的方式进行。其测点布置如图1所示。

浇筑的混凝土坍落度为46 mm，振捣方式采用插入式内部振捣棒进行振捣。测定值为混凝土在整个浇筑过程的灌注中、灌注后、机械振捣时、振捣后等几个关键控制点的应变数据。具体如表1所示。

表1 钢筒模板系统应变测值表

3.1.2 测值分析与结论

从测得的数据上，可以粗略判断混凝土的侧压力在浇筑过程中具有一定的规律性。为了可以更直观的显示其规律，将表1中的数据导入分析软件得到如图2所示折线图。

其中第2时间点为灌注混凝土后的应变值，第3时间点为振动过程中的应变值，4点～5点为振动后测得的应变值，7点～9点为初凝之后的振动过程中的应变变化值。

分析以上曲线图可知，本次实验的结果有如下显著规律：1)随着混凝土浇筑高度的增加，对模板的侧压力逐渐增大。2)混凝土在振动器的作用下产生的对模板的侧向压力迅速增加，增幅明显。3)振动停止，混凝土的侧向压力明显下降，处于振动状态下的80%左右。4)混凝土在开始失去塑性之后，如果重新对其进行振动，其产生的侧压力值仍将上升，但最大值明显小于新浇筑的时期。5)混凝土凝结硬化后，完全失去可塑性，其对侧壁的压力逐渐下降，直至可以忽略，实验结果与理论相吻合。

3.2 砌体模板系统压力数据分析

3.2.1 测点布置及压力测值

砌体模板系统采用土压力盒直接测试压力的方法测得新浇混凝土的侧压力，其测点布置示意图如图3，图4所示。

实验所使用的混凝土坍落度分别为32 mm，64 mm和93 mm。机械振捣棒端部振捣部长度为30 cm，有效作用深度100 cm。当混凝土拌合物处于振捣棒有效作用范围内时，测定振捣作用下的压力值。

砌块模板系统压力测试表见表2。

表2 砌体模板系统压力测试表

3.2.2 测值分析与结论

对测得的数据进行分析，将考虑从几个方面着手。第一，从同种坍落度但不同的浇筑深度入手，如图5所示；第二，从不同的模板尺寸进行分析，如图5中1-折线与2-折线对比；第三，从同种配合比不同坍落度看测值的变化，如图6～图8所示。

通过对所测得的数据进行对比分析，可以得到以下结论：

混凝土浇筑完成后，未进行振捣之前，侧压力基本呈现随高度增加而增加的趋势，但其实际测得值远小于理论静止流体的侧压力值，并且测试值有上下波动。分析其原因主要是由于未经振动的混凝土中存在大量空隙，分布不均匀，部分模板甚至没有接触到混凝土，造成压力测试上的偏差。

无论混凝土的坍落度是大还是小，在振动状态下，侧压力最大值与理论静压力值高度吻合，误差基本控制在10%以内，说明此时混凝土基本处于完全流动状态，最大值与坍落度没有明显的相关性。

从图6～图8中得到一个相同的结论：虽然混凝土的侧压力在振动状态下与坍落度不相关，但在非振动状态下还是表现出明显的区别。坍落度愈大，则振动前和振动刚结束时，其侧压力值明显高于坍落度小的情况。

振动结束后，混凝土侧压力值下降，浇筑宽度大，侧压力下降较少，宽度小的侧压力则下降较多，其原因应该是浇筑宽度较小的状况下，混凝土的自立性较强，一旦撤出振动力后，由于混凝土自持，侧压力下降较快。

混凝土凝结后，侧压力迅速下降至最低值，甚至多点出现负值，在排除设备自身的系统误差因素后，主要原因在于混凝土凝结硬化后，自身体积的收缩对压力盒施加了拉力，实际工程中则可认为此时混凝土对模板的侧压力降至零。

4 结语

本实验采用了两种不同的实验设备进行测试，钢筒模板应变测试系统和砌体模板压力盒测试系统。从使用情况和测试数据上来看，两者之间存在较大差异，各自都有优缺点，对于不同的情况有各自的适用性。

其中，钢筒模板系统的模板整体刚度相对较小，钢材对应变计有良好的适应性，单点测试值能较好反映压力变化规律。1)优点：a.实验模板制作简便，准备时间相对较短；b.可以使用应变测量方式进行多点长时间测试，数据量大；c.测试设备简单，只需要普通应变片即能完成测试，费用较低。2)缺点：整体刚度小，使得混凝土在浇筑过程中钢筒发生局部变形，某些测点产生较大的压应力，影响测试效果，甚至某颗粗骨料顶到应变片都会使其报废。对于测得的数据，需要人工辨别是否正常，剔除明显不正确的测点。

相反，砌体模板系统刚度大，不易变形，测试压力盒表面积大，能中和局部骨料的不均匀压力，测试值更接近理论计算值。但安装压力盒的过程较复杂，工时花费多，且压力盒价格较应变片大，费用较高，对于小型实验来说，使用量不能过多，连续监测的能力也没有应变仪好。

综合以上两种系统的分析结论，建议在进行测定混凝土侧压力的实验中，可以有针对性的选择方案，实验目的偏重于分析规律性的，则使用第一种方案；侧重于数值准确性的，则可选择第二种方案。

收稿日期：2015-09-15

★：浙江省住房和城乡建设厅资助项目“负公差及组装偏差对钢构件承载力影响分析”(项目编号：2014Z022)；浙江建设职业技术学院科研资助项目“负公差对焊接H型钢梁承载力影响分析”(项目编号：201408)

[1] 王旭峰,刘继文.从地铁桥墩立柱模板坍塌事故分析探讨混凝土侧压力值.建筑技术,2009,40(8):734-737.

[2] 杜荣军.混凝土工程模板与支架技术.北京:机械工业出版社,2004.

[3] Assaad J, Khayat.K.H. Effect of casting rate and concrete temperature on formwork pressure of self-consolidating concrete.Material sand Structures,2006(39):333-341.

[4] 沈观林.应变电测与传感器技术的发展及其在工程结构中的应用.工程力学，2004(S1):164-179.

[5] 韦四江,王大顺,郜进海,等.微型土压力盒的标定及修正.地下空间与工程学报，2009(5)：1003-1006.

Research on test technology of concrete lateral pressure★

Pan Jianyun1Liu Guohua2Yang Bo3Sun Haitao1Zhang Xin1

(1.SchoolofLandscapeArchitecture,ZhejiangA&FUniversity,Lin’an311300,China;2.CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China;3.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,ZhejiangSCI-TECHUniversity,Hangzhou310018,China)

Analyzes the lateral pressure of the fresh concrete on template, and introduces two easily-operate testing devices. By comparing the measured values with the theoretical value, it was verified the effectiveness of the device. Experimental results show that the strain testing device capable of reacting lateral pressure variation, pressure testing device measured value and a value close to the theoretical analysis.

fresh concrete, templates, test equipment, lateral pressure

2015-09-11

★:国家自然科学基金青年基金(项目编号：11202188)；浙江农林大学实验技术与管理研究项目(项目编号：SYB1310)

潘剑云(1982- )，男，实验师； 刘国华(1963- )，男，博士生导师，教授； 杨 博(1978- )，男，副教授； 孙海涛(1964- )，男，副教授； 张 欣(1982- )，男，实验师

1009-6825(2015)33-0037-04

TU528

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