混凝土模板支架体系中立杆和剪力撑的内力实测分析

李 冬，韩晓玲

（甘肃建筑职业技术学院，兰州 730050）

混凝土模板支架体系中立杆和剪力撑的内力实测分析

李 冬，韩晓玲

（甘肃建筑职业技术学院，兰州 730050）

近些年来，在混凝土模板支架的搭设过程中频繁发生安全责任事故，给施工企业带来了很大的人员伤亡，同时也造成了巨大的经济损失。经过对各种模板支架坍塌事故的分析，发现这些事故多是由于企业在施工过程中，过分施加各种荷载而又未能准确掌握支架的内里变化，导致支架立杆和剪力因内力过大失稳而发生坍塌。所以应该深入施工一线对施工现场实际模板支架体系立杆和剪力撑在各个施工阶段的内力进行实测，进而获得比较准确的内力变化情况。这样对于施工企业掌握支架体系内里变化规律，防止坍塌事故的发生具有重要价值。

支架；立杆；剪力撑；内力实测

0 引言

基于混凝土构件模板支架体系是一个典型的“时变结构”，所以在各个时间点混凝土构件的模板支架体系的内力可能是不同的，随着混凝土结构的进一步浇筑，下层或者下部混凝土构件的模板支架体系承担的施工荷载和结构物自重会进一步加大。而在工程现场施工过程中，模板支架体系的设计和实施也存在着多种隐患，严重者会导致模板支架体系在施工过程总发生坍塌等安全责任事故[1]，其中最典型的就是，模板支架体系的设计计算和专项施工方案的编制多存在生搬硬套、照猫画虎的情况，经过研究，发现多存在以下情况：

1）模板立杆的稳定性计算有较多错误，考虑到的施工荷载和结构自重等主要荷载因素不全面，立杆计算长度有误。

2）剪刀撑等构造措施采用经验进行设计，缺乏有力的设计数据支持。

3）设计过程和专项施工方案的编制纸上谈兵，未能充分考虑影响支架体系稳定性的主要因素。

4）模板支架的搭设缺少甚至忽略了细部节点做法及节点详图。

1 实测的主要目的

经过研究发现，混凝土模板支架体系在发生破坏时，多是由于立杆长度过长并且剪力撑受力过大而引起。基于上述的各种情况，有必要对混凝土构件模板支架体系进行实测研究[2]，以便进一步获得施工现场进行混凝土构件浇筑过程中支架立杆和剪力撑内力变化的一手资料，从而准确的计算各个时间点的内力峰值，合理设定模板支架体系的专项施工搭设方案，对于避免模板支架体系安全事故和提高混凝土构件的生产效率都具有重要意义。

对于施工过程中混凝土构件模板支架体系的实测，在以往国内外相关学者也进行了大量的试验和研究[3]，但是，经过分析发现，目前对混凝土模板支架体系的实测内容及结论有一定的差异，主要表现为[4]：

首先，缺少对整个混凝土构件的完整施工浇筑过程的连续观测，而把相应的实测时段多取定为混凝土构件的现浇阶段和养护阶段，只在这两个阶段分析构件模板支架体系的内力发展过程，对构件支架体系内力发展的全过程缺乏分析；

其次，由于时间限制，实测人员对于混凝土构件的模板支架体系进行连续监测的时间过短，可能忽略了某个阶段模板支架体系的特殊内力发展；

最后，实测人员在进行现场实测时，实测的重点多放在了对模板支架体系的上部结构自重和施工荷载的量测方面，而对模板支架体系的结构内力和支架立杆的轴力量测分析较少。

因此，为了进一步分析研究模板支撑体系中立杆和剪力撑在混凝土构件整个施工过程中的内力变化趋势，通过对其进行混凝土构件不同施工阶段的内力实测，对预防模板支架体系坍塌的施工事故有着重要的意义。

2 实测的主要内容及实测工程的概况

经过前期的分析得出，混凝土构件模板支架体系立杆和剪力撑的内力变化现场实测的主要内容包括：

1）实测立杆和剪力撑的承载力和内力变化的规律，研究在混凝土构件的施工过程中，他们的承载力和内力同结构物施工工艺与混凝土构件自重之间的相互关系。

2）研究实测部分的模板支架体系在工作过程中的传力路径，分析荷载在立杆和剪力撑中的分布情况。

3）随着建筑物混凝土构件的施工进一步实施，分析在不同时点上的立杆和剪力撑受力特点。

文章所选取的实测工程项目为某商贸综合楼工程，该工程为7层的综合楼，1层为商场，2、3层为综合办公用房，4～7层为宾馆，总建筑面积3 626.85 m2，建筑总高度23.5 m。主体为框架结构，钢筋混凝土条形基础，工程为二类建筑，建筑抗震设防烈度为8度，建筑设计使用年限为50年。本次模板支架实测的部位是首层⑥～⑦轴线部分，该部分由混凝土框架柱、框架梁和混凝土楼面板构成。

3 实测方案的设计

3.1 实测仪器的选择

1）在现场实测采用HC-3100振弦式压力计，将其埋置于支架底部，以单点读取的方式采集支架体系的轴向压力，如图1所示；

2）为了测量在对混凝土构件进行浇筑及养护的各个施工过程中，立杆和剪力撑在各个施工操作过程中所承担的荷载及其变化情况，采用DH3816型静态电阻应变仪采用逐点测量逐点记录方式进行实测，如图2所示。

3.2 实测方案的设计

工程测试区的模板支撑体系所采用的支架钢管为Q235钢管，规格为Φ48×3，扣件的扭紧力矩为35.05 N·m。测试现场的平面布置图和剖面示意图如图3所示。

图1 HC-3100振弦式压力计

图2 DH3816型静态电阻应变仪

图3 模板支架实测现场的平面布置图和剖面示意图

在测点的选择方面，结合工程测试区的实际情况，选取了L1、L2号立杆作为测试对象；剪力撑采用J1作为测试对象，同时在各个杆件上设置应力测点，各杆件共贴4个应力感应片，如图4所示。

首先，在模板支架体系中对L1、L2号立杆的下部设置HC-3100振弦式压力计，实时监测在各个测试时段立杆下部所承担的总荷载情况及荷载变化情况。

然后，将电阻应力感应片设置于图4所示剪力撑相应的节点处，然后将感应片与DH3816静态电阻应变仪相连接，采用静态电阻应变仪测定剪力撑的内力变化情况。

图4 模板支架感应片布置图

4 实测结果分析

本次实测采用两阶段实测进行，分别测试混凝土构件现场浇筑施工过程中模板支架体系的内力变化情况和混凝土构件在养护过程中的内力变化情况：

第一阶段：自混凝土构件开始浇筑至混凝土浇筑结束。在这个阶段内，对混凝土模板支撑体系中的立杆和剪力撑的数据采集开始10 min/次，然后逐步均匀扩大至1 h/次。

第二阶段：混凝土构件的养护阶段，平均每2 h对混凝土模板支撑体系中的立杆和剪力撑的数据采集一次。

4.1 立杆和剪力撑在第一阶段的内力变化规律

经过上述程序所测得的立杆和剪力撑在第一阶段的内力变化规律分别如图5、6所示。

图5 第一阶段立杆应力变化图

经过分析得出：

1）混凝土构件开始浇筑时立杆所承受的应力主要是拉应力，但是随着混凝土的继续浇筑，这种拉应力在短时间内过渡成压应力。因此，立杆所承受的应力总体来说是先受拉后受压。在这个阶段立杆下部所承担的荷载总体的变化趋势趋于平稳，立杆上部的荷载由于刚开始浇筑混凝土过程中，荷载波动较大，所以初期上部承受荷载波动幅度大，随着混凝土继续浇筑，则逐渐趋于平稳。

图6 第一阶段剪力撑测点应力变化图

2）剪力撑所承受的应力主要是压应力，整个杆件处于受压状态，但是随着混凝土的继续浇筑，这种压应力在逐渐转变为拉应力，整个细节变化波动频繁复杂，这表明剪力撑在混凝土浇筑过程中主要起到调整、平衡整个模板支架体系的内力受力情况，对维持混凝土浇筑过程中的模板支架体系的稳定起着至关重要的作用。

4.2 立杆和剪力撑在第二阶段的内力变化规律

经过上述程序所测得的立杆和剪力撑在第二阶段的内力变化规律分别如图7、8所示。

图7 第二阶段立杆应力变化图

图8 第二阶段剪力撑测点应力变化图

经过分析得出：

1）在第二阶段中，混凝土构件在养护过程中立杆所承受的应力主要是压应力，但是压应力并不是恒定的，而是在随着养护时间的增加而在不断增长，直到养护时间过半后才开始慢慢趋于稳定。

2）在第二阶段中，剪力撑所受的应力突出表现为压应力，并且应力分布均衡，变化趋于稳定。

5 结语

通过对混凝土结构模板支架立杆和剪力撑的现场实测可以得出如下结论：

1）模板支架体系中的立杆是整个体系的主要承重构件，通过实测可以看出，在整个模板支架体系的工作过程中，立杆在混凝土浇筑初期所承受的上部荷载要大于后期浇筑和养护阶段，所以对模板支架体系进行设计时，立杆部分应该重视顶端伸出长度的取值和计算系数的确定。

2）剪力撑在整个混凝土构件的施工过程中起着调整、平衡整个模板支架体系的内力受力情况，维护模板支架体系整体稳定性的重要作用。通过实测发现，剪力撑在混凝土构件浇筑过程中的应力变化复杂，波动频率大，所以剪力撑搭设的合格与否直接决定了模板支架体系的安全性，是防范模板支架体系安全事故发生的重要工作点。因此在对模板支架体系进行设计时，应加大对剪力撑的研究和设计。

[1]李冬.工程混凝土模板支架体系在搭设过程中存在的问题及解决对策[J].中国建材科技，2014（1）：89-92.

[2]林璋璋，杨俊杰.多层模板支撑体系的实测分析[J].施工技术，2005（3）：20-23．

[3]徐佳炜.高层建筑多层模板支撑体系及其安全性研究[D].上海：同济大学，2008（3）：24-26.

[4]闫鑫，陈凯，董海江，等.施工期某钢管模板支架特性实测研究[J].建筑结构，2011（S2）：487-490.

TU392.3

A

1673-1093（2015）02-0093-04

李冬（1983），男，讲师、经济师，毕业于兰州交通大学，就职于甘肃建筑职业技术学院，研究方向：工程管理、工程造价、招标投标。

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.02.024

2014-11-13；

2014-12-01