新浇混凝土模板侧压力的测试与计算研究.pdf

江苏建筑 2 0 1 2年第 4期( 总第 1 4 9期 ) 新浇混凝土模板侧压力的测试与计算研究 吴远 东 - 郭正兴 2包伟 ( 金湖县建设工程质监站 ， 江苏金湖 2 1 1 6 0 0 ； 。 东南大学土木工程学院。江苏南京 2 1 0 0 9 6 ； 3 镇江市规划设计研究院。 江苏镇江 2 1 2 0 0 4 ) 摘 要】 对现行模板侧压力计算公式存在的问题和当前施工条件下影响模板侧压力的重要因素进行分析。通过时某工 程 的 墙 柱 模 板侧 压 力 的测 试 推 导 出最 大侧 压 力 与 浇 筑速 度 的 幂 函 数 关 系。 讨论 侧 压 力 受振 捣 的 影 响 程 度及 其 随 时 间 的 变 化趋势 。考虑浇筑速 度 ， 入模温度和外加 剂的影响 ， 提 出简化 的模板侧 压力计算公式 。 【 关键词】 模板侧压力； 振捣； 浇筑速度 【 中图分类号】 T U 3 7 5 2 文献标识码】 A 文章编号】 l 0 o 5 6 2 7 0 ( 2 O 1 2 ) 0 4 0 0 6 6 0 4 Te s t a nd Ca l c ul a t i o n o f Fr e s h Co nc r e t e Fo r mwo r k La t e r a l Pr e s s u r e W U Yu a n d o n g GUO Z h e n g - x i n g BAO W e i ( 1 J i n h u C o u n t y C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g Q u a l i t y S u p e r v i s i o n S t a t i o n ， J i n h u J i a n g s u 2 1 1 6 0 0 C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ， S o u t h e a s t U n i v e r s i t y ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 9 6 C h i n a ； 3 Z h e n j i a n g U r b a n P l a n n i n g and D e s i g n I n s t i t u t e ， Z h e n j i a n g J i a n g s u 2 1 2 0 0 4 C h i n a ) Abs t r a c t ：Th e pr o b l e ms o f t he e x i s t i n g f o r mu l a f o r c a l c ul a t i n g f o r mwo r k l a t e r a l p r e s s u r e a n d t h e i mpo r t a n t f a c t o r s o f f o r mwo r k l a t e r al p r e s s u r e u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f c u r r e n t c o n s t r u c t i o n w a s p r o p o s e d i n t h i s p a p e r Wi t h t h e t e s t o f f o r mw o r k l a t e r al p r e s s u r e b y f r e s h c o n c r e t e ， t h e i n fl u e n c e s o f c a s t i n g r a t e ，v i b r a t i o n a n d t i me o n t h e d e v e l o p me n t o f l a t e r a l p r e s s u r e w a s p r e s e n t e d T a k e t h e c a s t i n g r a t e ， t e mp e r a t u r e o f c e me n t a n d a d mi x t u r e s i n t o c o n s i d e r a t i o n ， t h e s i mp l i f i e d f o r mu l a f o r c alc u l a t i n g f o r mw o r k l a t e r al p r e s s u r e w a s g i v e n K e y wor ds：f o r mwo r k l a t e r al p r e s s ur e ；v i br a t i o n；c a s t i n g r a t e 0前 言 随着建筑行业的发展 泵送 混凝土浇筑方式 已成 为施 工现场主要的浇筑方式 由于使用的预拌 混凝 土具 有 自身 的优势 以及泵送混凝土特殊 的浇筑方式 使得 采用现行规 范 中新 浇 筑 混 凝 土 对 模 板 侧 压 力 的 设 计 公 式 所 计 算 的 压 力 值可能偏于不安全 本文在现有相关规范和文献研究的基 础上【 l 通 过试验手段对 泵送混凝土 在浇筑时产生 的侧压 力进行分 析研究 并给 出了计算新浇混凝土模板侧压力 的 建议 公 式 1 我 国现行计算模板侧压力考虑的因素及存在的 问题 国内现行 计算模板 侧压力 的依据 主要有 2个 混凝 土结构 工 程施 工及 验 收规 范 ( G B 5 0 2 4 9 2 ) ( 以下 简称 规 范)以及 冶金 研究设计院对多个泵送混凝 土工程的总结 后 提出的建 议公 式 规范中F = 0 2 2 T g 4 3 主要考虑了外加剂 ，坍落度的 影响 ， 公式体现 了浇筑速度对模板侧压力 的控制作用 但 是 该公式只适用于浇筑速度在 6 m h 坍落度小于 1 5 0 m m 采 用 内部振捣 的情况【l 】。以往混凝 土采用 是现 场搅拌 手推车 或塔 吊运输 ， 采 用分层浇筑以便 于人工振捣 密实 而如今采 用机械振 捣 泵 送混凝土 的浇筑速度远 远高于 6 m h ， 坍落 度一般都 在 1 5 0 m m 以上 在浇筑初期混 凝土呈流体状 。 由 于采用高压泵 对模板 的水 平冲击荷 载比较大 ， 采用该公 式 进行侧压力计算显然是不合适的 。 2 0世纪 8 0年 代初冶 金研 究 院对应 用钢 模板 泵送 混 凝土工艺 的 l 4个工程进行测试并对数据进行回归分析 提 出 p 一= O 3 2 y t V ， 该公式适用于混凝 土的有效 压头 h 浇筑 总高度 日 当 h H时取 h = H t Z 。公式 中主要考虑 到混凝土 的 初凝时间和浇筑速度 。 初凝时间同外加剂 ， 配合比 ， 混凝土 的 入模温度和环境温度有关 由于混凝土入模温度对模板侧压 力的影响最终也要归结为对混凝土温度的影 响 所以对初凝 时间影响的主要因素是混凝土入模温度 但是从拟合该公式 的数据看 。 采用分层 浇筑 ， 浇筑高度为 3 m 4 8 m， 浇筑速 度 4 5 m h 7 2 m h之 间 与现在浇筑速 度相 差很 大。 2现行计算模板侧压力时应该考虑的因素 【 收稿日 2 0 1 2 0 5 0 2 【 作者简介】 吴 远 东 ， 男 ， 金 湖 县 建 筑 工 程 质 监 站 ， 高 级 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 2年第 4期 ( 总第 1 4 9期 ) 分析显示 线性方程 的复相关 系数为 R 2 = 0 8 8 4 4 8 ， 分 析得到 F统计值 为 4 5 9 4远大于显著 水平 0 O 5 ( 即保证率 为 9 5 ) 的 F临界 值 5 9 9 说 明侧 压力 与浇筑 速度取 对数 后方程 的线性关 系显著 同时 统计量为 6 7 8大于显著 水 平为 O 0 5的 临界值 2 4 5 ， 即反映 l g ( ) 对 l g ( P ) 的增加值 影 响显著 。对方程 2进 行残差分 析 ( 如表 2 ) ， 最 大正偏 差 0 0 1 6 最大负偏差一 0 0 1 7 为了使测试点的结果更多的落在 拟合方 程的预测值 内 对方程 2进行修正 即 y = 0 1 6 1 4 x +1 7 1 3 5 + 0 0 1 7 = 0 1 61 4 x + 1 7 3 0 5 ( 3) 此时则有 J 口 = 5 3 7 6 5 V ( 4) 4 2振捣对侧压力的影响 从测试数据可以看 出 Z 1 Z 3和 Z 6虽然浇筑速度 有差 别 但是最大侧压力却相同 ， 这是 由于泵送混凝土对坍落度 要 求 比较大 一般在 1 5 0 m m 以上 ， 再加上 采用机械 振捣 ， 表 2 残 差 分 析 在强振 捣的情况 下加速其 “ 液化 ” 使得 混凝土在 浇筑过程 中侧压力 接近 于按 照流体静 压力规 律分 布 最 大值 达到 9 6 8 静水压 力值 。 对浇筑过程中振捣 和浇筑完成后重振捣 的比较可以发 现 ， 6号柱 从底往上个测点侧压力 增幅 1 4 k N m ， 1 2 k N m ， 图 4振 捣 影 响 下 3号 柱侧 压 力 变 化 曲 线 6 k N m 。 1 k N m ， 1 k N m2 。而 3号柱在 整体浇筑 完毕后重 振捣 时 ，增 幅 8 k N m 2 ， 5 k N m 2 ， 4 k N m 2 ， 3 k N m 2 ， 2 k N m 2 。 这 主要 由于浇筑完毕后 由于振动棒深入有 限 所 以底 部测 点 的增 幅明显变小 完成之后重振捣 的侧压力增 幅明显小 于 浇 筑过 程 中 的增 幅 4 3侧压 力随时间的变化情况 随着浇筑 不断进行 ，各个测 点的侧压 力近 似直线 增 图 5 振捣影响下 6号柱侧压 力变化 曲线 长 3号 柱和 6号柱 分别在第 5 m i n和 5 5 m i n达到 最大压 力值 之后 曲线平缓下降 这时的混凝土仍未达到初凝状 态 最大侧压力有所下降是因为底层浇筑的混凝土 由于振 捣 变得密实 并在内部产生抗 剪强度 ， 同时混凝土与模板之 间的粘 结力也逐 渐增大 起 了“ 自立” 和“ 起 拱” 闭 作用 ， 而且 此时上层振捣对底层混凝 土影 响变 小 所 以模板 侧压力逐 渐变小 图 6 4号柱侧压力随时 间的变化情况 随着浇筑高度 的不 断增 加 。模板侧压力呈直 线增 长 。 图 8中对其 中 1 个柱子的数据进行拟合 可以看 出用 图中 的直线可 以进行 描述模 板侧 压力 的分布 复相 关 系数 为 0 9 9 8 4 标准误差 为 0 0 5 8 说明用该直 线可 以很 好 的描 述 模板侧压力 的分 布这和 以往 的混凝土侧压力计算 图形不 一 致。6根柱子除了 z 4外浇筑速度都在 3 0 m h以上 采用 泵送混凝土坍 落度大 ， 在机械振捣 下 ， 混凝土流动 性好 ， 此 时的有效压 头等于混凝 土浇筑速度 与初凝时 间的乘积 即 = t 0 V， 取混凝 土入模 温度 1 5 ， 则有 t o = 6 6 7 h ， 此 时有效压 头 h远大于浇筑高度 所以侧 压力分布曲线 基本遵循流体 静水压力 的分布规律 最大的侧压力与静水压力的 比值 分 别 为 ： 9 0 6 ， 9 2 7 ， 9 O 6 ， 9 5 8 。 9 7 9 ， 9 5 8 。 图 7 6号柱侧压力 随时间的变化 情况 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 2年第 4期 ( 总第 1 4 9期) 注 ： 表 中超过 P = 3 h = 9 6 k N m2 要 按 9 6 k N m2 取值 而墙 模 板 最大 的侧 压力 与 静水 压 力 的 比值 8 5 4 7 9 2 ， 从 图 8中可 以看 出曲线有 明显 的拐点 主要 是因为 墙 浇筑速度 比较慢 浇筑后期底部混凝土脱离强振捣 区域 有 了一定“ 自立 ” 能力 ， 而且 墙截 面 比较小等原 因的影 响下 有 效压头降低 ， 侧 压力 变小 底部混凝土达 到最 大侧 压力后 逐 渐变小。 5最 大 侧 压 力公 式 。 - 0 2 0 4 0 6 0 8 O 1 0 O 侧压 力( k N li l| ) +净水压力线 +试验值 一 线性 ( 试验值) 图 8模 板侧 压 力 分 布 图 当浇 筑高度 比较 高时 。 浇筑 时间 比较 长 ， 施工 时可 能 需 要分 层 虽 然混凝 土未达到初凝 但是 由于模 板尺寸 、 配 筋 、混凝土本身的物理性质施工方法 等都 可能影响有效压 头 ， 所 以引入 O t 来考虑众 因素 的影响 ， 即 ： =嘲D P = ,l a t o V (x ) ( 5 ) 取混凝土重度 为 2 4 k N m 3 初凝 时间和混凝 土温度有 密切关系 ， 推 导公式 时取 t o = 6 ， 联合 方程( 4 ) 和 ( 5 ) l p n- I 得 o t V( ) = O 3 7 3 V P = O 3 7 3 y t 0 V“ l6 l 为了计算方便 和安 全可靠将 上式 简化为 ： 2 =- 0 3 6 y t o V ( 6) 初凝 时间按现行 规范公式 = 计算 。该推导 公 式 同其他几个 国家 的规范进行 对 比( 表 3 ) 可 以发现 。 采用 推导 的简化公式所计算 的数值和实测值接近 而其他各规 范 同实测值相 比误差较大 6结 语 本文通 过对 国内计算模 板侧压力 的经 典公式 进行 总 结 ， 分析对模板 测压力 的各个 影响 因素 。 并根 据现场测试 ， 得出 以下结论 ： ( 1 )采用泵 送混凝 土浇筑 。 由于 不分层 浇筑 。 浇 筑时 间比较短 采用机械振捣 新浇筑 的混凝 土能够充分“ 液 化 ” 。 使得模板 侧压力分 布接 近于流体静 水压力分 布 ， 压 力 分布 图呈 直线 而不是之前 的折线 ( 2 )采用泵送混凝土在浇筑过程中浇筑速度 比较快 ， 本 次测试 中最小浇筑速度为 1 0 m h 最大浇筑 速度 为 4 0 t r d a 对各个测试数据进行拟合 P = 5 3 7 6 5 V a 1 6 “ 用该公式 来描述 最 大侧压力 和浇筑 速度 的关 系 为 了便于工程使用 对公式 进行 简化为 p = 0 3 6 r t 。 V 0 -2该公 式适合于混凝土浇筑 高度 较 高 浇筑速度超过现行规范即 6 m h时使用。由于采集数据 的有 限性 对浇筑速度较快 的泵送混凝土 的侧 压力 测试 还 应进行试验 以得 到更为准确 的计算公式 。 参考文献 【 1 】 S AN DOR P OP OV I C S 新拌 混凝 土【 M】 北京 ： 中国建筑 工 业 出版 社 1 9 9 0 【 2 】 B S 5 9 7 5 ： 1 9 9 6 ， Co d e o f p r a c ti c e f o r fl a s e wo r k S 2 0 0 4 【 3 】S E I A S C E 3 7 0 2 ，De s i g n L o a d s o n S t r u c t u r e s D u r i n g Co n s t r u c ti o n S 4 】 A CI 3 4 7 0 4 ， Gu i d e t O F o r mwo r k f o r Co n c r e t e S 5 】 成 国强， 刘松林 泵送 混凝土 对模板侧 压力分析 o 】 兰州 铁道 学院学报 1 9 9 8 f 2 ) ： 2 1 2 7 【 6 】崔宏泵送 商品混凝 土模板 体 系的探 讨 U 】 辽宁建材 ， 2 0 0 3 ( 2 ) ：2 6 2 7 r 7 1崔凯， 田光 宇浅谈泵送混凝 土影响模板侧压 力的 因素 】 黑龙江科技信 息， 2 0 0 4( 5 ) ： 1 2 6 1 2 6 8 8 胡玲校 混凝土对模板 的侧 压力叫 许 贤放 ， 译 国外建 筑 科学 1 9 9 1 0 ) ： 4 4 - 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m