国内外规范中的新浇混凝土对模板侧压力公式对比研究.pdf

国内外规范中的新浇混凝土对 模板侧压力公式对比研究* 佘逊克 龚剑 互 。 赵 勇 1 同济大学 上海 2 0 0 0 9 2 ；2 上海建工集团股份有限公司 上海 2 0 0 0 8 0 ； 3 上海高大结构高性能混凝土工程技术研究中心 上海 2 0 1 1 1 4 摘要 ：通过对中国、美国、德 国、澳 大利亚等4国规范 中新浇混凝土对模板侧压力的计 算公式的对比 ，分析 了上述4国 计算公式的特点及参数选取的不同。并根据国内试验数据分析其计算结果与实际结果的差异。针对样本数据的不足， 提 出我国规范公式的可改进之处。 关键词 ：模板侧压力 规范对比 参数选取 浇筑速度 中图分类号 ：T U 7 5 5 文献标识码：B 文章编号 ：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 4 ) 1 2 - 1 4 0 2 0 4 Co mp a r i s o n St u d y o n F or mwo r k L a t e r a l Pr e s s u r e F o r mu l a f o r F r e s h Co n c r e t e i n Sp e c if i c a t io n s a t Ho me a n d Ab r o a d Sh e Xu n k e Gon g Ji a n _ _ 。 Zh a o Yo ng 1 T o n g j i U n iv e r s i t y S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ；2 S h a n g h a i C o n s t r u c t i o n G r o u p C o L t d S h a n g h a i 2 0 0 0 8 0 3 Sh a n g h a i En gin e e r i n g Re s e a r c h Ce n t e r o f HP C i n Me g a S t r u c t ur e Sh a n g h a i 2 01 1 1 4 0 引言 进 入2 1 世纪 以来 ，随着混凝土材料 的发展 ，高性能 混凝土和 自密实混凝土在越来越多的实际工程 中得到 了运 用 ，同时泵送混凝土浇筑方式 已成为施工现场混凝土主要 的浇筑 方式。然而现行国家标准 混凝土结构工程施工规 范 ( GB 5 0 6 6 6 -2 0 1 1) 中新浇筑 混凝土对模板侧压力 的计算公式在推导时采用的样本数据中高流态、高浇筑速 度的数据很少，因此对 自密实混凝土、泵送混凝土等，该 公式是否适用值得商榷。与此同时，随着经济的发展和全 球化进程的加快 ，我国的涉外工程施工越来越多，这就需 要施工人员熟悉其他 国家的施工规范 ，并 了解其他国家规 范与我国规范之间的差异，从而更好地与国际对接。 1 我国现行规范公式及其特点 目前 ，我国新浇 混凝土对模板侧压力的标准值F 主要 按 国家标准 混凝土结构工程施工规范 ( G B 5 0 6 6 6 2 0 1 1 )( 以下简称规范G B 5 0 6 6 6) 计算，计算公式如下： F=0 2 8 7 t o fi W 一 注：本项 目为 “ 十二五”国家科技支撑计划项目，项 II 编号为 2 0 1 4 B A J 0 3 B0 1 、2 01 2 BA J 0 3 B 0 2 ；本项 目为上海市科委资 助项 目，项 目编号为 1 4 DZ 2 2 5 2 1 0 0 。 作者简介：佘逊克 ( 1 9 8 9 一)，男，硕士研究生。 通讯地址：上海市四平路1 2 3 9 号 ( 2 0 0 0 9 2 )。 收稿 日期 ：2 01 4 1 0 0 2 1 402 1 建 筑 施 工笫 3 6 卷第 1 2 期 F = y h ( 2) 计算公式中考虑的参数有 ：混凝土的重力密度 ，新 浇筑混凝土的初凝时间t 。，混凝土坍落度影响修正系数 ， 混凝土的浇筑速度 ，混凝土浇筑高度， 1 ，具体取值参见规 范GB 5 0 6 6 0 。 当采用插入式振动器且浇筑速度 1 0 m h 、混凝土坍 落度 1 8 O mm时，新浇筑 混凝土对模板 的侧向力的标； 佳 值 ，可按公式 ( 1)、 ( 2)分别计 算，并应取其中的较小 值 ；当浇筑速度 1 0 m h，或混凝土坍落度 1 8 0 mm时 ， 侧压力的标准值可按公式 ( 2) 计算。 混凝 土侧压 力 的计 算分布 图 形如 图1 所 示 ，图 中h =F y 。 该 公 式 来 源 于 国 家 标 准 混 凝 土 结 构 工 程 施 工 质 量 验 收 规范 (G B 5 0 20 4 2 0 1 1) (以下简称规范 GB 5 0 2 0 4) ，规范GB 5 0 2 0 4 中新浇混凝土对模 板侧压力的计算公式如下 图1 混凝土侧压力的分布示意 F=0 2 2 Lt ( 3) 式中： 外加剂修正系数，不掺外加剂时取1 0 ，掺具 有缓凝作用的外加剂时取1 2 ； 坍落度影响修正系数，当坍落度 J - 3 0 mm 时取0 8 5，坍落度为5 0 9 0 mm时取1 0 ，坍落 f _ _ 1一 度为1 1 0 - I 5 0 mm时取1 1 5： 其余规定同规范G B 5 0 6 6 6 。 规范GB 5 0 6 6 6 在修订 中结合 了现在混凝土在实际工 程应用 中的一些特点 ，针对如今混凝土 中普遍添加外加剂 的实际状况 ，省略了原 的外加剂影响修正系数 ；针对规 范G B 5 0 2 0 4 中计算公式在浇筑速度较大时计算值较大的情 况 ，略微降低 了公式的计算值 ，并参考国外规范 ，将浇筑 速度限定在1 0 ml h 以下 ，最终分析得出了现在 的模板侧压 力计算公式 。 2 国外现行规范公式及其特点 现今 世 界上 的模板 规 范不 胜 枚举 ，本 文仅选 取 具 有代表性 的3个发达地 区的现行规范进 行阐述。北 美洲 模 板工程 施工一般参 照美 国规 范A CI 3 47 2 0 0 4：欧 洲 规范 P e r f o r ma n c e R e q u i r e me n t s a n d G e n e r a l D e s i g n E N 1 2 8 1 2 2 0 0 4 中规定 ：新浇混凝土对模板 侧压力应按照 C I R I A R e p o r t 1 0 8 或者德 国规范DI N 1 8 2 1 8 2 O 1 0 两者选其 一 进行计算；澳大利亚规范A S 3 6 1 0 1 9 9 5 中模板侧压力计 算公式来源于C I R IA R e p o r t 1 O 8 。根据这三点 ，本文选取美 国、德国、澳 大利亚3个国家模板规范 中的新浇混凝土对 模板侧压力计算公式进行分析研究。 2 1 美国规范 ( A C I 3 4 7 2 0 0 4) 美国现行模板规范 G u i d e t o F o r m w o r k f o r C o n c r e t e A C I 3 4 7 -2 0 0 4( 以下简称规范A C I 3 4 7)中对于不同类型的 混凝土构件用了不同的公式 ： 对于柱、浇筑速度 2 1 ml h 并且浇筑 高度 4 2 m的 墙 ，采用公式 ( 4) 计算 ： F c w c c 】 对于浇筑速度 3 0 k P a 。同时将初凝时间限定在5 2 0 h 范围内。 t o = l 0 h 、 = 2 5 k N m 时各类混凝土最大侧压力与浇筑速度 的关系曲线如图3 所示。从 图3 可以看 出，随着混凝土流动 2 01 4 1 2 B1 l i l di n g c。 n s t m c t i 。 n I l 4 o 3 性 的提高 ，曲线的斜率也随之增大 ，但是S C C 级混凝土 的 曲线斜率却小于F 6 级混凝土 ，这是 因为S C C 级混凝土在浇 筑时不需要振捣，从而降低了对模板 的侧压力。 趟 嚣 K r _ - 一 ： 石 ， ， ， - ， 一 I to= 10 h l I) = 2 ,5 k N m 1 图3 规范 D I N 1 8 2 1 8中最大侧 压力与浇筑速度关 系曲线 2 3澳大利亚规范( A S 3 6 1 0 - - 1 9 9 5 ) 现行澳大利亚模板规范 F o r mw o r k f o r C o n c r e t e A S 3 6 1 O 一1 9 9 5(以下简称规范A S 3 6 1 0)中新浇混凝土对 模板侧压力的计算公式来源于C I R I A R e p o r t 1 0 8 C o n c r e t e p r e s s u r e o n f o r mwo r k ，具体公式如 ( 8)、 ( 9) 所示 ， 最 大模板侧压力取两者 中的较小值 ： F = 7 c c l + C 2 、 H - G ( 8 ) ( 9) 同时规定当G VH，或V 、H 未知时，应采用公式 ( 9) 计算。 计算公式中考虑的参数有浇筑 速度 ；混凝 土重力密 度 ；模板尺寸形状系数C ；材料系数C 2 ；温度系数， ( ；混 凝土卸料高度H：混凝 土浇筑 高度，具体取值参见规范 AS 3 61 0。 规范A S 3 6 1 O 中的计算公式以混凝土浇筑速度 、入模 温度7 _ 以及卸料高度H为主要 变量，以c 、c 两个系数作 为 辅助参数，并引入了GV H这一控制条件来保证公式 ( 8) 的严谨性。控制C 1 V H 实质上是变相控制了混 凝土的最大浇注速度，当GV= H F I，公式 ( 8) 与公式 ( 9) 计算值是相等的 ：当时公式 ( 8) 的计算值 大于公式 ( 9) ，最大模板侧压力取 ( 9) 计算值 ，即液体静压力。 由于公式 ( 8) 的计 算模式较为复杂，不能直观反映 出最大侧压力值与各 变量 之间的关系 ，下面用 图表来说 明。取入模温度T = 2 0 C， C 1 ： 1 0 ，C 2 = O 3 ，卸料高度H 分别 取3 m、6 m、1 0 m，将公式 ( 8)关于浇筑速度V 的关系曲 线绘制成图表，如图4 所示。 由图4 可知根据规范A S 3 6 1 0 计算得 出的最大侧压力与 浇筑速度基本呈幂指数增长关系，并随混凝土卸料高度的 增大而增大。 l 1 4 0 4 I 建筑施工 第3 6 卷 笫l 2 期 浇筑速度 m h 图4 规范AS 3 6 1 0中最大侧压力与浇筑 速度关 系曲线 3 各国规范公式参数对比 根据现有文献并横 向比较各国规范公式所取参数 ，主 要影响模板侧压力的因素有 ：混凝土的重力密度 、混凝 土流动性口 、混凝土入模温度r 、混凝土的初凝时间t 。 、混凝 土浇筑速度V 、模板形状尺寸、混凝土卸料高度H 、混凝土 浇筑高度h 、是否掺有外加剂等 ，对于公式 中所取的参数 ， 有一部分是体现在公式的系数中，如混凝土流动性和外加 剂掺量 ，而作 为自变量直接参与公式计 算的参数一般为了 _ 和 或者t 。 和 ，在规范GB 5 0 6 6 6 中规定 ：当缺少 实测资料 nn 时， 可 采用 ： |_， 可见 根 据以 往的 经 验， 和丁 有一 ， T I ) 定的相关性 ， 为影响模板侧压力的主要因素 ，Nt 。 未知时 可以使用r 来代替。下面将各国规范公式所考虑的参数情况 列于表2 。 表2 各国规范中模板侧压 力计算公式参数取值 参数 口 丁 1 t O y H h 模板形状 外加剂 GB 5 0 6 6 6 、 、 、 、 、 A C I 3 4 7 、 、 、 、 、 、 D IN l 8 2 l 8 、 、 、 、 、 A S 3 6 l O 、 、 、 、 ， 、 、 、 厂 由表2 可知 ， 、V 、n以及与混凝土凝结时间相关的 t 。 或7 _ 是4国规范公式都考虑的4个变量 ，比较老的美国规范 和澳大利亚规范还考虑了模板形状参数 ( 即对墙和柱分开 考虑 ) 和外加剂掺量的影响 ，较新的中国规范和德 国规范 则认为现在 的预拌混凝土普遍使用了外加剂 ，所以不再考 虑外加剂的影响，而模板形状尺寸对侧压 力的影响主要体 现在对浇筑速度 的影响上 ，所 以也不再考虑模板形状的影 响 ，在此基础上，增加 了混凝土流动性对模板侧压力的影 响参数。中国规范中根据混凝土的坍落度来确定启 的取值 ， 而德 国规范则是根据混凝土的稠度等级将公式分为7个 ， 不同稠度等级的混凝土用不同的公式来计 算。澳大利亚规 范是唯一将混凝土卸 料高度 作为 自变量放入计算公 式中 的 ，其他国家规范则是将其作 为水平冲击荷载或者 附加荷 载单独考虑。 4 测试结果与计算结果对比 根据 东南大学、上海电力建设有限责任公司等单位试 验的4 5组数据 ，取T = 2 0 C、h = 4 m 、柱类结构 ，将4国公 式计算得 出的侧压力与浇筑 速度的关系曲线制成 曲线 ，与 实测值进行比较 ，见图5 。 图5 侧压 力与浇筑速度关 系曲线 由图5 可知 ，澳大利亚公式在整体分布中占有明显的优 势 ，尤其是在高速浇筑阶段 ，这是 因为只有澳 大利亚公式 考虑 了卸料高度参数 ，在浇筑高度一定 时，侧压 力会出现 上限值 ，而其他 国家公式则是单独规定 了当计 算公式超过 液体静压 力时 ，按照液体静压力取值。所 以，当浇筑速度 过大时 ，模板侧压力 已经接近液体静压 力，这时的数据用 来评价计算公式准确性是无效的，故取浇筑速度 6 m h lq 的数据 ，并与液体静压力进行比较，见图6 。 图6 侧压 力与浇筑速度关 系 由图6 可以看出，中国公式和德国公式在浇筑速度较低 时与实测值吻合得 比较好，而中国公式和澳大利亚公式对 数据整体 的包络性更好 ，更具体的比较见表3 ，其 中F 为实 测值 ，F c 为计算值 ： 表3 各 国规范公式计算结果比较 P|F 规范公式 平均值 变异系数 中国GB 5 0 6 6 6 0 8 6 9 0 3 0 3 美国A C1 3 4 7 1 0 0 9 0 5 l 6 德国DIN 1 8 2 1 8 O 7 8 1 0 2 9 5 澳大利亚A S 3 6 1 0 0 7 3 9 0 2 1 9 综合图6 及表3 可以发现 ，美国公式虽然平均值最接近 1 ，但是在浇筑速度较低时缺 少安全储备 ，且离散性较大 ： 澳 大利亚公式计算结果的安全储备最 高，离散性最小 ，计 算值偏于安全。在综合考虑安全性和经济性的情况下，中 国公式更占优一些。 5 结 语 本文通过介绍并对 比国内外规范中新浇混凝土对模板 侧压力的计算公式，得 出以下结论 ： ( a)各国规范公式中考虑的计算参数略有不同，随着 混凝土的发展 ，现在大多数商品混凝土都掺有外加剂，所 以外加剂参数可以不再考虑： ( b)当浇筑速度很高时 ，侧压 力的大小很 大程度上 取决于浇筑高度 ，如果要以一个公式来计算所有情况下 的 侧压力大小，浇筑高度应该作为参数考虑进计算公式； ( c ) 各国规范公式中对与混凝土凝结时间相关的参数 或7 - 的考虑差别比较大，而t 。 与7 - 的关系公式都是以经验公 式为主，需要进一步的材料试验来确立 与7 - 的关系公式 ； ( d)各国规范公式在浇筑 速度 6 m h S ,，由于 受 到浇筑高度的限制 ，实测值均接近液体静压力 ，无法作 为 拟合数据点使用，所以需要大量浇筑速度 6 m h 的有效数 据点来补充完善高浇筑速度时的侧压力计算公式。 0 0 0 0 【 1 】 中华人 民共和 国住房和城 乡建设部， 中华人民共和国国家质量 监 督检 验 检 疫 总 局 GB 5 0 6 6 6 - 2 0l l混凝 土 结构 工 程施 工规 范【 s 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 2 中华人 民共和 国建设部， 中华人民共和国国家质量监督检验检 疫总局 GB 5 0 2 0 4 - 2 0 l 1混凝土结构工程施工质量验收规 范 s 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 3 郭正兴， 王玉岭， 姜波 混凝土结构工程x - C L 范G B 5 0 6 6 6 2 0 1 1 编制简介一模板工程 J 施工技术，2 0 1 2 ( 3 ) ： 5 1 0 4 吴远东， 郭正兴， 包伟 新浇混凝土模板侧压力的测试与计算研 究 J 江苏建筑，2 0 1 2 ， 0 4 ： 6 6 6 9 1 2 0 1 4 1 2 B u i l d i n g C o n s t r u c t i o n j 1 4 0 5