现浇混凝土模板侧压力研究.pdf

4 2 世 界 桥 梁 2 o 1 2 ， 4 0 ( 2 ) 现浇混凝土模板侧压 力研究 汪 水清 。 刘方 ( 1 宁安铁路有限责任公司， 安徽 芜湖 2 4 1 0 0 0 ； 2 中铁大桥局集 团桥科院有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ； 3 桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室， 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘 要 ： 通过在某桥墩模板 内侧埋设压力盒进行墩身混凝土的侧 压力监测 ， 发现随着混凝土的浇注 ， 对应测点 压力迅速上升 ， 达到峰值后减小 ， 然后保持不变 ； 各测点形成最大侧压力耗时 7 6 1 2 8 h ； 实测最大侧压力 为规范 计算值 的 1 0 1 2 2倍 。结合实测数据 ， 在分析 国内、 外有 关侧压力 计算公 式之后 ， 偏于安 全考虑 ， 建议修 订公路 规范中模板侧压力计算公式 。 关 键 词 ：现 浇混 凝 土 ； 模 板 ； 侧 压 力 ； 研 究 中图分类号 ： U4 4 5 5 5 9 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 2 ) 0 2 0 0 4 2 -0 4 1 引 言 近年来在工民用建筑 、 桥梁工程建设中， 出现了 模板垮塌事件 ， 这对模板的承压力提出了严峻 的考 验 。随着科学技术 的进步， 目前 的混凝土性 能指标 已经大为改变， 特别是外加剂的加入使得混凝土坍 落度等指标已经超过参考文献 1 中提及的最大值 ； 另外 ， 目前的混凝土振捣完全采用机械式 ， 强度大、 功率高。这些混凝土性能指标 的改善及施工技术的 提高都影响了现浇混凝土对模板的压力 。 2工程概 况 为了解现浇混凝土模板压力 的实际情况， 结合 某桥桥墩施工现场进行 了模板侧压力监测。该桥墩 为圆端形实心墩 ， 墩高 3 6 5 m， 宽 2 8 m， 厚 4 5 m， 墩帽宽 3 3 m， 厚 5 m， 圆端处半径为 5 0 c m。混凝土 按 每 6 m 为 1 个标 准节 段浇 注 ， 共 6节 ， 其 中模 板横 向拉 筋按 间距 1 m 布置 。 监测对象为桥墩第 1层 6 m实心段， 混凝土强 度等级为 C 4 0 ， 添加 S P 0 1 0聚羧酸系高性能减水剂 ( 缓凝型) ， 设 计混凝土总方量约 7 5 6 m。 ， 采用立模 现浇施工。根据试验室实测数据 ， 混凝土坍落度约 1 8 0 c m， 混凝土初凝时间为 l l h ， 终凝 时问为 1 5 h ， 混 凝 土采用 汽 泵 泵 送 入 模 ， 2台插 入 式 振 动 器 振 捣 。根据实测得到混凝土的浇注速度 V=0 2 6 m h 。 3 侧 压 力作 用原理及 规律 新浇混凝土对墩 、 柱模板产生的荷载不同于平 台模板上的重力荷载， 新浇混凝土水平 向外顶推侧 模的作用 ， 类似水顶推容器壁。但和水压不 同， 混凝 土压力是暂时的， 当混凝土硬度已足够支承自身时， 这种 压 力随 即消失 。在 刚开始 浇注 时混凝 土 为液 态 ， 对模板的压力呈 线性分布 ； 随着 混凝土慢慢凝 固 ， 到初 凝 时混凝 土 已经 成为半 固态 ， 墩柱 模板 受到 的压力 随之 又发 生了变 化 ； 当混 凝 土完全 凝 固时 ， 昆 凝土成为固体 ， 混凝土固体体积的变化将影响它对 模板的作用 ， 取而代之的将是竖向压力和混凝土内 部的温度升高导致固体混凝土侧向膨胀在模板上产 生的约束反力 。 J 。 4 监测 设备及 安装 压力监测采用高精度振弦式压力盒， 温度监测 采用半导体类电压型温度传感器 。压力盒沿墩柱高 度埋 设 4层 ( 见 图 1 ) ， 从 墩 底 到墩 顶 每 层 压 力 盒 按 递 增 间距 埋设 。同时考虑 到墩 柱 的截 面形 式 ， 在 1 5 m高度的圆端处埋设 1 个压力盒与平直面等高度处 的数据进行对 比。压力盒焊接 于钢筋上， 平行 于模 板 内模 ， 温度元件配置在压力盒旁。 5各 测点 监测 结果及 分析 压力及温度监测于开始浇注 日上午 1 O ： 4 5分正 式开始， 于次 日 1 0 ： 1 7分浇注完毕， 共计耗时 2 3 h 3 2 mi n 。从起始浇注混凝土直至浇注完毕， 压力监 测频率为每 1 0 mi n一次 。温度监 测频率为每 1 h 一 次， 连续监测 7 d 。 理论上 ， 在初凝时问内侧压力呈线性分布 ， 逐渐 形成最大值 ， 因此建立压力与时间的变化曲线， 得出 收稿 日期： 2 0 1 1 1 1 2 3 作者简介 ： 汪水清 ( 1 9 6 2 一) ， 男 ， 高级工程师 ， 1 9 8 8年毕业于同济大学铁道工程专业 ， 工学学士( E - ma i l ： 3 1 5 5 3 0 4 9 5 q q c o m) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 现浇混凝土模板侧压力研究 汪水清 ， 刘 方 4 3 7 号桥墩 监测点5 压 力 盒 监 测 点 4 gf 2 监 测 点 3 温度计 监 测 点 1 图 1压 力 盒 安 装 位 置 立 面 示 意 压力的变化规律、 形成最大侧压力所 消耗 的时问及 实测值大小 。 5 1 监测点 1处监测结果分析 监测点 1 处模板侧压力与时问曲线见图 2 。 性 变 侧 压力 减， J 、 温度、收缩徐变的影响 曼 R 蠢 O 1 2 4 6 7 9 l l l 2 l 4 1 5 l 7 1 9 2 0 2 2 2 4 2 5 2 2 9 3 O 3 2 3 4 3 5 3 3 9 时间 h 图 2监测点 1处模板侧压 力与 时间曲线 监测点 1处压力盒数值从埋入混凝土到形成最 大值共计耗时 7 6 h ， 该 阶段压力增加具有较好 的 线性度 ， 达到最大值 ( 4 7 k P a ) 后 ， 侧压力随即逐渐减 小后稳压 1 h 4 0 mi n ， 然后随着混凝 土内部温度 的 升高及收缩徐变的综合影响 ， 又开始进入压力稳 步 增加 ， 压力数值 以每小时约 1 k P a的速度缓慢增加。 由图 2可 以看出， 当混凝土中断浇注时测点压 力值基本没变化 ， 随着混凝土在测点处的继续浇注 ， 侧压力迅速上升， 此时浇注速度对侧压力影响较大。 根据参考文献 2 中的计算公式 F = = =0 2 2 7 t o ( 1 ) 式 中， F 为 新 浇 混 凝 土 对 模 板 产 生 的 最 大 压 力 ( k N) ； ) ， 为混凝土的重度( k N m。 ) ； t 。为新浇混凝 土的初凝时间( h ) ； 为外加剂影响修正系数 ， 不掺 外加剂取 1 0 ， 掺具有缓凝作用的外加剂时取1 2 ； 为混凝 土坍落度 影响修 正系数 ， 当坍落 度 3 0 mm 时 ， 取 0 8 5 ； 5 0 9 0 mm 时 取 1 0 ； 1 1 0 1 5 0 mm 时取 1 1 5 ； V 为 混 凝 土 的浇 注 速 度 ( m h ) 。同 时考虑振捣引起的侧 压力取 4 k P a ， 荷载分项 系数 取 1 4 ， 计算得 F一4 6 5 k P a ， 实测侧压力最大值 4 7 k P a ， 为计算值的 1 0 1 倍 。 5 2 监测点 2 、 3处监测结果分析 监测点 2 、 3处模板侧压力与 时间曲线见 图 3 。 监 测点 2 、 3处监 测结 果对 比见 表 1 。 线 性 变 化段 碜 段 温 度 、 收缩 徐 变 的 影响 1 2 0 1 0 0 8 O 6 。 0 殛 2 0 0 2 0 ： 奋 器 露2 0 2 ( a )监测点2 线性 变 化 段 琴 霉温 度、 收 缩 徐变 的 影 响 ( b )监测点3 图 3 监测点 2 3处模板侧压 力与时间曲线 表 1监测点 2 , 3处监 测结 果对 比 从 图 3及表 1可 以 看 出 ， 两 者 压 力 曲线变 化 规 律总体上较为相似 ， 其 中监测点 2处侧压力实测值 为计算值的 1 2 倍 ； 监测点 3处侧压力实测值 为计 算值的 1 4倍 ， 二者存在一定的差异 ， 即结构的几何 形状可能影响侧压力的大小 。 5 3 监测点 4处监测结果分析 监测点 4处模板侧压力与时间曲线见图 4 。 监测点 4处压力盒 于凌晨 1 ： 3 7分埋入混凝土 中， 总体上夜晚混凝土浇注工作较为平顺 ， 施工干扰 因素少 。随着连续性 的浇注及振捣 ， 距底部 3 0 m 处( 即整个墩身中部) 侧压力数值表现较为平稳 ， 呈 现较好的线性 。压力盒数值从埋人混凝土到形成最 位 单 T引 叫+ + 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 4 世 界 桥 梁 2 0 1 2， 4 0 ( 2 ) 帕 暮 。 一假假 锻 ? 混 凝 士 内 段 。 线 性 变 化 段 假 9 l刀 小 时间 h 图 4 监测点 4处模板侧压力与时 间曲线 大值共计耗时 1 0 5 h ， 与试验初凝时间( 1 1 h ) 较为 接近 。从 开始浇 注 到 2 4 8 h截止 ， 基本 遵 循新 浇 混 凝土对模板侧压力 的分布规律 ， 达到最大值后 ， 侧 压力随即逐 渐减小 后稳 压 1 h 2 0 rai n ， 而 后稳 步 增 加 。 按式( 1 ) 计算得到监测点 4处模板侧压力值为 4 6 5 k P a ， 而实测侧压力最大值为 7 6 7 k P a ， 为计算 值的 1 6倍。 5 4 监测点 5处监测结果分析 监测点 5处模板侧压力与时间曲线见图 5 。 压 力 盒未 埋 入 混 凝土内 段 线 性 变 化段。 稳 晕 生 R 幽 罄 时 I司 h 图 5 监测点 5处模 板侧压 力与时间曲线 整体上看 ， 随着浇注及振捣的进行， 监测点 5处 模板侧压力变化规律与其它测点较为相似 ， 侧压力 数值表现趋势亦较 为明显 ； 压力盒数值从埋入混凝 土到形成最大值共计耗时 8 4 h 。 按式( 1 ) 计算得到监测点 5处模板侧压力为 2 4 k P a ， 实测侧压 力最大值为 5 2 5 k P a ， 为计算值 的 2 2 倍 ， 与计算值差别较大。对于墩顶部位建议控制 浇注 速度 。 5 5 各测点温度随时间的变化 为给施工制定模板拆模时间提供参考 ， 绘制各 测点温度随时问的变化曲线 ， 见图 6 。 由图 6可看出温度 曲线整体呈“ 山” 形 ， 建议施 工单位根据参考文献 4 中 6 4 9条的规定及环境 温度考虑模板拆除时间。 p 、 、 毯 赠 1 6 8 时 间 h 图 6各测点温度随时间变化 曲线 5 6 各测点压力与温度的对应关系曲线 为分析模板侧压力与混凝土温度变化的对应关 系 ， 以监测点 1为例绘制了压力与温度变化曲线 。 曲线显示从混凝土开始浇注到终凝 ， 温度呈线 性上升 ， 而压力按照现浇混凝土模板侧压力的分布 规律变化 ， 二者没有一定的线性关系， 但从浇注完毕 到第 7 d 温度与压力有一定的相关性 ， 即能保持部 分的相似走势 。 5 7 侧压力沿高度分布结果分析 为了解侧压力沿墩身高度分布情况 ， 根据监测 时间段 内各监测点实测最大值绘制侧压力沿高度分 布曲线， 曲线显示侧压力沿墩身呈近似侧向 V 形分 布， 即从墩底到墩顶， 侧压力开始呈近似线性增加后 又减 小 。 6 国内、 外规范侧压力计算方式 6 1 英国规范 英 国 脚手 架实施 规 范 ( B S 5 9 7 5 ： 1 9 9 6 ) 中主要 根 据 C I R I A Re p o r t NO 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 1 9 8 5中的规定 ： 当采用外加剂 时， 混凝 土对模板产生的侧 向压力按照 2 5倍 的浇注高度计 算 。该工程实例混凝土添加了减水剂 ， 因此侧压力 计算值为 2 56 1 5 0 k P a ， 是实 测侧压 力最大值 ( 墩高 3 0 m处 7 6 7 k P a ) 的 1 9 6倍 ， 与实测值 差 别较大 ， 如果按照此种方法计算 ， 过于安全不经济 。 6 2 美国规范 依据美 国 结构施工荷载规范 ( S E I AS C E 3 7 0 2 ) 中规定及美国混凝土协会的 混凝土模 板指 南 ( AC I 3 4 7 0 4 ) 中对 S E I AS C E 3 7 0 2的计算 公式的修正 5 ， 侧压力均按 C 一2 3 5 h计算 ， 式中 h 为浇注高度 。C 一2 3 5 6 1 4 1 k P a ， 考 虑 AC I 3 4 7 0 4中 的掺 合 料修 正 系 数 1 4后 计算 值 为 1 9 7 4 k P a ， 与实测最大值 7 6 。 7 k P a比较 ， 两者相差 较 大 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 现浇混凝 土模 板侧 压力研究 汪水清 ， 刘方 4 5 6 3中 国规 范 我国现有规范中混凝土压力计算公式 式( 1 ) 是我国在 2 0世纪 6 O至 8 0年代对混凝土侧压力进 行了大量监测研究的基础上提 出的， 其认为对于不 同的结构类型， 尽管一次浇注高度、 浇注速度不 同， 但混凝土侧压力分布曲线走势基本相似 。该公式成 立的基本前提是无论浇注高度多少 ， 按公式计算获 得 的有效 压力 下 的混 凝 土 ， 基 本 上 已经 初 凝 或者 具 有“ 自立” 能力而处 于稳 压状态。而根据实测 的结 果 ， 在混凝土浇注过程 中有效压力下侧压力并 没有 稳定不变， 而是在增长 。因此 ， 规范公式的计算取值 并没有反映实际工程 。 该工程实例中， 采用式 ( 1 ) 计算值与实测值相差 较大 ， 从式( 1 ) 的组成可 以看 出， 该公式仅仅为几个 影响侧压力的因素与 0 2 2的乘积， 因此 ， 建议 可根 据工程实际适当调整公式( 1 ) 中的系数 。 7 结 论 ( 1 )该工 程 实 例 中 ， 桥 墩 中预 埋 的压 力 盒 测 试 结果表 明： 各测点压力变化规律基本上按 照在某一 时间段近似线性上升， 到达峰值后缓慢减小 ， 然后稳 压 一段 较短 的时 间又缓 慢 上升 。 ( 2 )墩 柱同一高度 不 同位置 的侧压力大 小不 同， 墩柱 圆端形截面段侧压力略大于平直段侧压力， 即浇注结构的几何形状可能影响侧压力大小 。 ( 3 )混凝土浇 注过程 中， 混凝土初凝时间及浇 注速度为主要影响因素， 混凝土浇注完毕后 ， 温度为 主要 影 响 因素 。 ( 4 )根据实测值与 国内、 外规范计算值相 比差 值较大 ， 建议对我国规范计算公式进行研究修订。 参 考 文 献 ： 1 E 2 E 3 4 吴新文控制混凝土浇灌速度可减少新浇混凝土对模板 的侧压力 J 施工技术 ， 1 9 8 8 ， ( 5 ) ： 2 8 ， 6 0 J T J 0 4 1 2 0 0 0 ， 公路桥涵施工技术规范I s 吴 贤情关 于新浇混凝土侧压力的探讨 J 城市建设 ， 2 0 1 1 ， ( 1 )： 1 8 4 1 8 5 铁建设 2 0 0 5 I 6 O号 ， 铁路混 凝土工程 施工质 量验收 补 充标准I s 5 李 陆平 ， 王吉连 ， 田湖南墩身混凝土侧压力理论计算与 现场测试结果分析E J 世界桥梁， 2 0 1 0 ， ( 4 ) ： 4 7 5 0 ( 编辑 ： 赵兴雅) St u d y o f La t e r a l Pr e s s u r e o f Ca s t i n - p l a c e Co n c r e t e Fo r mwo r k WANG Sh u i - q i n g LI U Fa n g ， 。 ( 1 Ni n g a n Ra i l wa y C o ，Lt d ，W u h u 2 4 1 0 0 0，Ch i n a ；2 B r i d g e S c i e n c e Re s e a r c h I n s t i t u t e Lt d ，Ch i n a Ra i l wa y Ma j o r Br i d g e E n g i n e e r i n g Gr o u p ，Wu h a n 4 3 0 0 3 4，Ch i n a ；3 Ke y La b o r a t o r y o f B r i d g e S t r u c t u r e S a f e t y a n d H e a l t h o f Hu b e i Pr o v i n c e ，W u h a n 4 3 0 0 3 4，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Th e l a t e r a l p r e s s u r e o f p i e r s h a f t c o n c r e t e o f a b r i d g e wa s mo n i t o r e d b y b u r y i n g p r e s s u r e b ox i n t he p i e r f or mwo r k I t i s f o un d t h a t t he p r e s s u r e of t he c o r r e s po n di n g t e s t i ng p oi n t r a p i dl y r i s e s a s t h e c o nc r e t e i s c a s t e d，de c r e a s e s a f t e r r e a c h i ng i t s c r e s t v a l u e，a nd t he n ke e ps c o n s t a n t 7 6 1 2 8 h h a d b e e n c o n s u me d wh e n g r e a t e s t l a t e r a l p r e s s u r e a p p e a r e d i n a l l t h e t e s t i ng p o i nt s Th e me a s ur e d gr e a t e s t l a t e r a l pr e s s u r e i s 1 0 1 2 2 t i m e s o f t ha t r e c o r d e d i n t he c o de Ba s e d on t h e me a s ur e d d a t a a nd t he a n a l ys i s o f t h e 1 a t e r a l p r e s s u r e c a l c u l a t i o n f o r m ul a a t h o m e a n d a br o a d，a nd o u t of t h e c o ns i de r a t i o n of s a f e t y，i t i s s u gg e s t e d t h a t t he c a l c ul a t i o n f o r m u l a e of f o r mwo r k l a t e r a l pr e s s u r e i n t h e Hi ghwa y Co d e s ho ul d b e r e vi s e d Ke y wo r d s：c a s t i n pl a c e c on c r e t e ；f or mwo r k；l a t e r a l p r e s s ur e；s t u dy 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m