建筑工程中铝合金模板性能分析.pdf

2082023年9 月工程技术与应用江西建材建筑工程中铝合金模板性能分析陈彬福建六建集团有限公司，福建福州350000摘要：文中通过有限元数值模拟，分析了不同类型铝合金楼面模板在两种混凝土厚度下的变形受力情况。结果表明，混凝土浇筑厚度分别为10 0、2 0 0 mm时，与肋间模板相比，无纵肋楼面模板的应力峰值均降低了0.9%，变形峰值提高了13.8%和12.8%；与无纵肋楼面模板相比，楼面模板应力峰值均降低了4.6%，变形峰值降低了6 8.2%和6 8%。现用楼面模板很大程度上减小了楼面板的变形和所受应力，有效地提高了其安全性。关键词：铝合金模板；建筑工程；有限元数值模拟；肋间模板中图分类号：TU755.2+1文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 2 0 8-0 2Performance Analysis and Optimization of AluminumAlloy Templates in Construction EngineeringChen BinFujian Liujian Group Co.Ltd.,Fuzhou,Fujian 350000Abstract:In order to deeply analyze the stress and deformation of aluminum alloy formwork in construction engineering,finite elementnumerical simulation was used to analyze the deformation and stress of different types of aluminum alloy floor formwork under two differentconcrete pouring thicknesses.The research results showed that when the concrete pouring thicknesses were 100.200 mm,compared with therib formwork,the stress peak of the non longitudinal rib floor formwork decreased by 0.9%,and the deformation peak increased by 13.8%and12.8%;Compared with the floor template without longitudinal ribs,the peak stress of the floor template has decreased by 4.6%,and the peakdeformation has decreased by 68.2%and 68%.The current floor template can greatly reduce the deformation and stress of the floor panel,andeffectively improve its safety.Key words:Aluminum alloy template;Construction engineering;Finite element numerical simulation;Intercostal template0引言随着建筑行业的不断发展，建筑工程对施工效率、成本、工程质量等方面的要求越来越高。众多模板材料中，铝合金模板具有经济效益好、稳定性好、应用范围广、利用率高、安全性高、施工速度快等优点，得到了广泛应用 2 。同时，铝合金模板的经济效益和绿色环保特性在混凝土高层建筑发展中起着重要作用 3。仇铭华 4 等通过大量调研认为，随着国内建筑业的发展，铝模板的重要性将会再次增强，尤其在超高层建筑领域更为明显。尽管国内学者从多个角度论证了铝模板在工程应用中的优越性，但对其在实际应用中的变形和受力情况，没有进行过多的研究。基于此，本文选择较为合适的铝合金模板类型，通过有限元数值模拟，分析了单块无纵肋铝合金楼面模板、肋间面板、现场使用的铝合金楼面模板在不同混凝土厚度下的变形情况和受力情况，为相关工程施工提供借鉴。铝合金模板概况与混凝土施工荷载计算1.1现用楼面铝板概况此次研究选用的是某城市花园项目铝合金楼面模板，其组成包括封边板、纵、横肋以及薄面板，用模具一次制作成封边板作者简介：陈彬（19 8 5-），男，福建连城人，本科，工程师，主要研究方向为建筑工程施工。与面板，然后以焊接的方式，将纵肋与横肋连接到面板上。面板材料为6 0 6 1-T6铝合金板，铝合金和混凝土的质量密度分别为2700、2 50 0 k g/m，楼面模板的长、宽、厚度分别为110 0、40 0、4mm；纵肋尺寸分别为10 8 4、11、10 mm；横肋腹厚4mm，高40mm，翼厚5mm，翼宽2 0 mm。1.2混凝土施工荷载计算以铝合金面板厚度为4mm进行计算，浇筑的混凝土厚度分别取10 0、2 0 0 mm。查询规范计算出两种混凝土厚度下的荷载设计值，具体如表1所示。表1两种混凝土厚度下的荷载设计值混凝土厚度/mm200100基本组合效应设计值/（Nm）7 2.49.310.705.62楼面模板力学性能分析通过有限元软件，以静力加载方式，模拟分析单块现用铝合金楼面板和单块无纵肋铝合金楼面模板的力学性能，设定两种混凝土厚度（10 0、2 0 0 mm），分别将均布荷载施加到这两种楼面板上，以便得到混凝土均布压力作用下两种模板的应力和变形情况。2.1无纵肋楼面模板的变形和应力我们应用有限元软件模拟，分析无纵肋楼面模板的变形和应力，模板材料为6 0 6 1-T6铝合金，选择shell181对无纵肋楼2092023年9 月工程技术与应用江西建材面模板进行建模，通过solid实体单元对剩余部分进行建模，借助bond系列命令将各solid实体单元连接成一个整体，并将单元间重合的面、线、点进行整合。模型中，侧板间模板横肋是连续的，未考虑纵肋。模型边界条件为：模型周围施加全约束，即模型在X、Y、Z三个方向上的允许转动和位移值为0,X、Y、Z分别代表模板的短边、长边和厚度方向，在对模板进行网格划分时，以4mm为一个单元尺寸。设置两种混凝土浇筑厚度，分别为10 0、2 0 0 mm，依次对应第一、第二种均布荷载作用，通过模拟计算，得出模板在两种荷载作用下的变形和应力情况，对结果进行整理得到模板的应力、变形峰值，如表2 所示。表2 模模板的应力、变形峰值混凝土浇筑长边方向应力、短边方向应力侧边变形、厚度/mm最大值/MPa最大值/MPa最大值/mm10021.913.20.6620032.319.40.97根据模拟结果可得出，两侧面板中间部位、变形最大部位处于横肋和侧板围成的中部区域。短边向（X方向）应力峰值出现于长边侧板中间位置集中，X方向应力主要由长边侧板承担。长边向（Y方向）应力峰值出现于短边横肋中间位置集中，端肋和横肋共同承担Y方向上的应力。当混凝土厚度为100mm时，Y方向的应力峰值大于X方向的应力峰值，前者与后者相比，增大了6 6%；当混凝土厚度为2 0 0 mm时，Y方向的应力峰值同样大于X方向的应力峰值，前者与后者相比，增大了6 6.5%。两种混凝土厚度下Y方向的应力峰值均比X方向提高近6 6%，长边中部所受到的应力集中要比短边中部小，由此可知，大多数应力是由短边方向承担的。将混凝土浇筑在无纵肋楼面模板上时，厚度为2 0 0 mm的混凝土与10 0 mm混凝土相比，前者侧向变形峰值提高了47%，长边和短边方向应力峰值分别增大了47.5%和47.2%，由此可知，长边、短边和侧向变形最大值的提高幅度基本相同。2.2现用楼面模板的变形和应力设置相同参数，对现用楼面模板的变形和应力进行模拟发现，当混凝土厚度为10 0 mm时，出现第一种均布荷载情况；当混凝土厚度为2 0 0 mm时，出现第二种均布荷载情况。通过模拟计算，得出模板在两种荷载作用下的变形和应力情况，对结果进行整理分析，得到模板的应力、变形峰值，如表3所示。表3现用模板的应力、变形峰值混凝土浇筑长边方向应力短边方向应力侧边变形厚度/mm最大值/MPa最大值/MPa最大值/mm20030.814.70.3110020.99.90.21从模拟结果能够得出变形最大部位处于横肋和侧板相交围成的中部区域。短边向（X方向）的应力峰值出现于长边侧板中间位置集中，部分应力分布在纵肋上，X方向上的应力主要有长边侧板来承担，同时，纵肋也承担了短边方向上的部分应力。长边向（Y方向）的应力峰值出现于短边横肋中间位置集中，端肋和横肋共同承担Y方向上的应力。当混凝土厚度为100mm时，Y方向上的应力峰值要大于X方向，前者与后者相比，增大了111.2%；当混凝土厚度为2 0 0 mm时，Y方向上的应力峰值同样大于X方向的应力峰值，前者与后者相比，增大了109.5%。两种混凝土厚度下，Y方向上的应力峰值均为X方向的两倍，长边中部所受到的应力集中比短边中部小，从而可发现，大多数应力是由短边方向承担的。在无纵肋楼面模板上进行混凝土的浇筑，2 0 0 mm厚度与10 0 mm相比，前者侧向变形峰值提高了47.6%，长边和短边方向应力峰值分别增大了47.4%和48.5%，比较后可知，长边、短边和侧向变形最大值的提高幅度基本相同。采用同样方法可得到肋间面板的变形峰值和应力峰值，肋间面板尺寸为400mm400mm4mm，具体数值见表4。表4肋间面板的应力、变形峰值混凝土浇筑厚度/mm应力最大值/MPa变形最大值/mm20032.60.8610022.10.582.3对比分析经过有限元模拟计算可以得到，10 0 mm厚度混凝土楼面模板应力峰值和变形峰值分别为2 0.9 MPa和0.2 1mm，肋间面板应力峰值和变形峰值分别为2 1.9 MPa和0.58 mm，无纵肋楼面模板的应力峰值和变形峰值分别是2 1.9 MPa和0.66mm。2 0 0 m m 厚度混凝土楼面模板应力峰值和变形峰值分别为30.8 MPa和0.31mm，肋间面板应力峰值和变形峰值分别为32.6 MPa和0.8 6 mm，无纵肋楼面模板的应力峰值和变形峰值分别是32.3MPa和0.9 7 mm。当混凝土厚度为10 0 mm时，与肋间模板相比，无纵肋楼面模板的应力峰值降低0.9%，变形峰值提高了近13.8%；和无纵肋楼面模板相比，楼面模板应力峰值降低4.6%，变形峰值减小68.2%。当混凝土厚度为2 0 0 mm时，与肋间模板相比 5-6 1,无纵肋楼面模板的应力峰值降低0.9%，变形峰值提高了近12.8%。和无纵肋楼面模板相比，楼面模板应力峰值降低4.6%，变形峰值减小6 8%。由此可知，现用楼面模板在很大程度上降低了楼面板的变形和所受应力，有效提高了安全性，变形最大值未超过容许变形值1.5mm，应力最大值未超过弹性极限应力200 MPa。3结语本文通过有限元数值模拟方式，分析了单块无纵肋铝合金楼面模板、肋间面板、现场使用的铝合金楼面模板在不同混凝土浇筑厚度下的变形情况和受力情况，得出如下结论：（1）混凝土浇筑厚度分别为10 0、2 0 0 mm时，与肋间模板相比，无纵肋楼面模板的应力峰值均降低了0.9%，变形峰值提高了13.8%和12.8%；和无纵肋楼面模板相比，楼面模板应力峰值均降低了4.5%，变形峰值减小了6 8.2%和6 8%。（2）现用楼面模板能够在很大程度上降低楼面板变形和所受应力，有效提高其安全性。参考文献【1】王世博.铝合金模板施工技术在超高层综合体中的应用【J】.施工技术，2 0 15，44（2）：8 8-9 2.【2 刘雪红，程海寅，陆建飞.铝合金模板体系施工技术及其效益分析J】.施工技术，2 0 12（12）：7 9-8 2.3孔令标.论铝合金组合模板系统施工的优越性与局限性J.广东建材，2 0 13（3）：6 8-7 1.4仇铭华.铝模板技术在北美超高层建筑绿色施工中的应用【J】：施工技术，2 0 13，42（14）：6 6-6 9.5陈勇.铝合金模板在建筑工程中的应用及其经济效益分析J】。城市建筑，2 0 19，16（30）：132-134.6刘彬，孟庆峰，王鹏冲.铝合金模板、塑料模板及普通木模板在建筑工程中应用对比分析【J.安徽建筑，2 0 17，2 4（4）：2 7 7-279,314.