施工过程中混凝土结构及多层模板支撑体系时变性能研究

任 非

(三门峡职业技术学院建筑工程学院，河南三门峡 472000)

施工过程中混凝土结构及多层模板支撑体系时变性能研究

任 非

(三门峡职业技术学院建筑工程学院，河南三门峡 472000)

现代建筑施工过程中，运用混凝土结构及多层模板支撑体系进行施工已成为普遍的现象。混凝土结构及多层模板支撑体系两者属于时变结构，对混凝土结构及多层模板支撑体系受力分解，能够有效排除施工过程存在的重大隐患。本文主要探讨施工过程中混凝土结构及多层模板支撑体系时变性能，通过对多层混凝土现浇结构模板支撑体系的实验操作，得出混凝土结构及多层模板支撑体系的时变性能。

多层模板支撑体系；时变结构；现场实测；有限元分析

混凝土结构施工广泛应用多层模板支撑体系施工技术，该施工体系能够将各部分荷载均匀地分布于各个结构体系中，也能够使整个施工体系结构更加安全。施工中常见的混凝土荷载、施工活荷载都由模板支撑体系进行分担，它能够很好地将各个荷载转移到浇筑完成的建筑结构中。现浇筑的混凝土结构、模板支撑体系两者只作为临时承载体系，他们的结构特性、材料特性会随着时间的改变发生变化，这就是我们所说的时变结构。时变结构自身的受力，也会随着施工程序、混凝土弹性特征、强度、韧性等不断的发生改变。我们研究多层模板支撑体系时变性能的意义为，根据多层模板支撑体系时变性能变化特征，进行施工工作的调整与规划，最终在保证安全的情况下按时完成施工工作。在这种严格的施工质量要求下，相关专家对施工过程中的时变结构进行深入研究，最终得出准确的分析模型、简要的分析模型、精要的分析模型、等效框架分析模型等多种时变结构分析模型。以上分析模型能够对时变结构性能进行全面完善的分析，还有专家通过实地检测得出多层模板支撑结构体系时变特性的研究结果。

通过实地检测多层混凝土现浇结构模板支撑体系，统计时变结构体系中楼层钢筋受力、支撑杆轴力、各层结构的位移等多种数据的变化；还需要统计施工过程中混凝土原料性能、各个结构形态、支撑构件结构等的变化情况。多种建筑施工构件形态、性质等变化，会导致建筑整体结构荷载的巨大改变。根据结构分析软件的相关数据，构建混凝土结构及多层模板支撑体系模型。在运用时间冻结法的前提下，将各个时间区间的混凝土原料性能、施工过程中各个结构变化作为变量因子，从而得出时变结构模型中组成构件荷载变化规律。通过对比模型数据、现实检测数据，给出较为统一的荷载分析结果。

1 混凝土结构及多层模板支撑体系时变性能测试内容

在楼层中测试区域的立杆上安装静力传感器、电阻应变片，以检测支撑杆轴力的大小。根据测试区域要求布置支撑杆，需要在主梁区域布置12根测试杆，后浇带区域布置4根测试杆，次梁区域布置2根测试杆。楼板中间区域放置钢筋计来检测楼板钢筋的受力大小，还需要在各层放置2个钢筋计，钢筋计与楼板钢筋受力点需要使用电焊焊实。在钢筋计与楼板钢筋受力点焊实后，再进行混凝土浇筑工作。通过位移传感器中的相关数据，指出混凝土浇筑过程中板挠度变化情况。我们对位移传感器进行特别的支架构建，使测试支架、模板支撑架两者有效分离。这样设计的目的是防止支撑体系架体对位移传感器的干扰，使位移传感器挠度测试结果更加准确。测试对象为整个建筑物中的三层空间，测试时间为这三层建设的混凝土浇筑过程。根据各种施工程序对建筑结构体系荷载影响的大小，进行不同方式不同时间段的采集。比如，施工中对建筑结构体系荷载影响较大的工序，我们可以增加采集的次数与频率，从而获得更加准确的结果。

2 混凝土结构及多层模板支撑体系时变性能测试结果

2.1 支撑立杆轴力测试结果

在分析整个三层的支撑杆轴力时程曲线后，得到以下的测试结果：(1)在混凝土浇筑施工过程中，支撑杆轴力会在其中出现两个最大值点，也就是两个波峰。在第一层混凝土浇筑完成后会出现一个波峰，该过程中支撑架承受混凝土的所有荷载；在最上层混凝土浇筑完成后会出现一个波峰，而最上层的混凝土荷载由支撑架、浇筑完成的楼板传递到下层。在整个混凝土浇筑的过程中，会有两个支撑杆轴力时程曲线发生明显的数值变化。这种情况发生的原因为，在这两个支撑杆附近的混凝土存在过度堆积的情况，过度堆积导致支撑杆所承受的荷载迅速增大。(2)支撑杆轴力时程曲线呈现出上下波动的变化趋势，支撑杆轴力在出现最大值后，会随着时间的推移缓慢下降；在另一个波峰出现的时候，又会缓慢上升。在混凝土养护过程中，由于支撑杆所承受的荷载减小，因此支撑杆轴力曲线也缓慢下降；若支撑杆受到新荷载的压力，那么相应的轴力曲线数值也会增长。

2.2 楼板钢筋计测试结果

在分析最底层支撑杆轴力时程曲线后，得到以下测试结果：在建筑施工过程中，混凝土的养护、施工工序的改变，会引起楼板钢筋受力情况的改变。根据检测结果得出，对楼板钢筋受力具有较大影响因素为：(1)在最底层混凝土浇筑完成后，楼板钢筋计的数值会逐渐增大，在增大到最大值后逐渐减小。因此我们可以看出，刚刚浇筑完成的混凝土楼板，由于自身强度较弱，所以不能够承受较重的荷载；在混凝土强度缓慢增强的过程中，它对整体楼板的承载能力也慢慢增强。(2)顶层混凝土浇筑完成后，楼板钢筋计的数值又会达到最大值。因此我们可以得出，最底层楼板钢筋所承受的压力，是上面两层所承载的压力总和，顶层楼板的荷载通过楼层间的支撑架传递到下层空间。(3)最底层的支撑架在拆除后，钢筋计的数值又会达到最大值。这表明楼板中的所有压力都被最底层所承担，最底层无法通过任何途径将所承受的压力传递到其他地方。

2.3 楼层间的相对位移测试

位移传感器在最底层与中间层之间，随着混凝土浇筑过程的进行，位移传感器的位移计时程曲线也会发生相应的变化。在混凝土浇筑及养护的过程中，位移传感器会进行数据的采集工作，位移传感器初始值为0。通过精确的数据分析，我们得出，在混凝土浇筑完成后，下层楼板直接支撑杆轴力值将会迅速增大，支撑杆承受的荷载增加值占新增荷载的80%以上；下层楼板间接支撑杆轴力值也会迅速增大，支撑杆承受的荷载增加值占新增荷载的30%以上，后浇带区域支撑杆承受的荷载增加值占新增荷载的50%以上。刚刚浇筑完毕的混凝土结构，下层楼板支撑杆轴力会迅速达到最大值，所以混凝土板结构不能承受所背负的荷载。随着混凝土强度的增强，混凝土板逐渐能够承受所背负的荷载。在浇筑最顶层混凝土时，中间层与最底层的支撑杆轴力值都会迅速增大，钢筋计数值也会迅速增大。但最底层的支撑杆轴力值增加数值较小，这说明上层混凝土板的强度在不断增加，混凝土板逐渐能够承受所背负的荷载。最底层支撑杆拆除后，钢筋计数值迅速增大。这表明楼板内的荷载无法向下传递，所承受的荷载由楼板本身承担。以上分析表明，混凝土结构及多层模板支撑体系荷载随着施工时间的变化而变化，具有明显的时变特性。

3 多层模板支撑体系数值模型分析

根据结构分析软件的相关数据，构建混凝土结构及多层模板支撑体系模型。该模型具有以下几方面的特征：(1)实地检测对象为各个支撑杆轴力，忽略横杆、斜杆、剪刀撑对整个支撑杆体系的影响。(2)运用时间冻结法，根据各个时间段混凝土弹性模量值，给出混凝土材料特性的变化情况。(3)通过铰接的方式进行支撑杆、楼板的连接。支撑杆钢管外径为0.048m，壁厚0.003m，泊松比为0.3，混凝土为C30。

根据E(t)=E28tb(t≦28)公式，得出混凝土弹性模量值。(注：t：混凝土龄期；E28：混凝土第28天的弹性模量；b：待定系数。在混凝土为C30的情况下，待定系数b=0.3。)

我们在对照原有模型数据的前提下，将原有模型数据与实地检测数据中的相近数据，作为支撑杆轴力数据的最后数值。根据不同时间段的支撑杆轴力数值，求出相应的支撑杆轴力数值时程曲线。通过分析我们发现：(1)在混凝土龄期不断变化的前提下，所有支撑杆的轴力数值也随着迅速变化。(2)在刚刚浇筑完毕的混凝土荷载下，支撑杆轴力会迅速达到最大值；在混凝土自身强度逐渐增强过程中，支撑杆轴力又会缓慢下降；在最上层混凝土刚刚浇筑完毕后，支撑杆轴力又会达到最大值，以上结果与支撑杆时程曲线具有一致的变化趋势。将支撑杆轴力、楼板内力计算值和原有模型数据进行对比得出：通过结构分析软件的数据计算，我们得到的支撑杆轴力、楼板内力计算值与原有模型数据具有较强的一致性，在数据的变化趋势上也具有较强的一致性。所以结构分析软件的使用，能够得到准确的混凝土结构多层模板支撑体系时变性能数据。

4 结 语

根据以上分析我们可以得出，在给定结构下的建筑设计，已经不能满足如今建筑施工的需要。而施工过程中混凝土结构及多层模板支撑体系结构，是一种具有多种时变性的体系结构。所以在建筑施工的混凝土浇筑过程中，要根据楼板承受荷载的变化情况，分析混凝土材料特性、结构形状、空间位置等多方面的变化情况。通过实地检测支撑杆轴力数值、楼板内力数值、楼板间相对位移数值的变化情况，得出混凝土结构及多层模板支撑体系时变结构的荷载变化规律。在利用结构分析软件相关数据的过程中，得出与原有模型数据相近的数据结果。

1 陈超,刘魁. 人字柱整体移动式模板支撑体系应用总结[J]. 武汉大学学报(工学版). 2013(S1).

2 臧健,王启秀. 浅谈如何预防高大模板支撑体系坍塌[J]. 建筑安全. 2013(1).

3 董兴伟. 建筑模板支撑体系坍塌原因与规避对策分析[J]. 建筑知识. 2015(12).

4 龙飞. 高大模板支撑体系施工安全的管理分析[J]. 福建建材. 2016(01).

(责任编辑：谭银元)

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，讲师，硕士,研究方向：土木工程。

TU37

A

1671-8100(2016)04-0028-03