鋁合金墻體模板影響因素分析

李茂

摘 要：對鋁合金模板組成構(gòu)件的不同受力部位進行拆分研究，通過簡化受力模型力學計算、力學性能試驗及ABAQUS模型有限元分析多方面，驗證模板的可靠性，研究掌握鋁合金墻體模板影響因素分析方法。從經(jīng)濟型及社會效益方面考慮，鋁合金墻體模板性價比均高于普通模板，具有研究及推廣的價值。

關(guān)鍵詞：建筑工程；鋁合金；墻體模板；影響因素分析

中圖分類號：TG249.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0016-02

1 混凝土側(cè)壓力影響因素的分析

混凝土側(cè)壓力大小和以下3個因素有關(guān)：①新澆筑混凝土的流變特性（極限剪切應力和粘度系數(shù)）。②新澆筑混凝土層高度。③模板與工程結(jié)構(gòu)的特點。這3個因素是不可分割考慮的，而是需要綜合在一起的。

新澆筑混凝土由水、水泥和粗細集料組合構(gòu)成的多相分散體系，具備一定的彈性、粘性、塑性。澆灌入模的混凝土因重力之類的外力的作用下流動時，會因豎向模板的約束，對模板側(cè)面產(chǎn)生一定的壓力。澆筑混凝土時，外力大小與新澆筑混凝土層高度密切相關(guān)，也就是與澆筑速度的快慢有關(guān)。

新澆筑混凝土自身的流動性和其極限剪切應力、粘度系數(shù)高低有著緊密的聯(lián)系。新澆筑混凝土的極限剪切應力，是由組成材料各顆粒之間的內(nèi)聚力和摩擦力決定的，粘度系數(shù)是新澆筑混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻礙流動力大小的指標，兩者都與新澆筑混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。因此新澆筑混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性能變化，必然影響著混凝土的側(cè)壓力，具體包括：水泥種類、外加劑型號、集料種類及級配、混凝土的配合比及稠度、周圍環(huán)境以及混凝土的溫度（它能夠影響混凝土的凝結(jié)速度，進而影響混凝土流變性能隨時間變化的速度快慢）、還有搗實混凝土的具體方法（它影響混凝土粘度系數(shù)的降低幅度）等[1]。

其他一些外在因素也會影響混凝土側(cè)壓力大小，例如模板的剛度及其表面粗糙度、具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋狀態(tài)與斷面尺寸大?。ㄋ鼤绊懟炷恋墓靶┑取?/p>

以上因素都會對混凝土側(cè)壓力產(chǎn)生影響，所以若要用一個計算式全面反映這些影響因素對混凝土側(cè)壓力的綜合影響，在實際操作中既不簡捷，也無必要。單從實用觀點角度考慮，混凝土側(cè)壓力計算式，只反映主要因素，使其既能基本反映混凝土側(cè)壓力的變化規(guī)律，又能計算簡便準確，關(guān)鍵是據(jù)此進行模板設計時還能保證模板的安全度、經(jīng)濟實惠、耐用實用，就已經(jīng)滿足了模板工程設計的基本要求。所以有必要將多種因素對混凝土側(cè)壓力的影響進行對比分析研究?；炷恋呐浜媳染蛯炷羵?cè)壓力有很大的影響。

JGJ162-2019《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，混凝土澆筑時現(xiàn)場采用內(nèi)部振搗器時，初凝前混凝土對模板的側(cè)壓力按公式（1）（2）計算，取更小值。

F=0.22γCtoβ1β2V0.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

F=γCH? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：F為初凝前混凝土側(cè)壓力值，單位為kN/m2；γC為混凝土的重力密度，v單位為kN/m3；v為混凝土澆筑速度，單位為m/h；to為混凝土的初凝時間，單位為h；β1為外加劑影響修正系數(shù)；β2為坍落度影響修正系數(shù)；H為混凝土側(cè)壓力點位至混凝土頂面的高差。

模板側(cè)壓力計算如圖1，在一定范圍內(nèi)H呈線性變化，F(xiàn)=γCH；當超過H時，實驗測定其壓力值保持不變。混凝土澆筑時側(cè)壓力隨高度分布如圖1所示。

2 鋁合金墻體模板力學分析及簡易計算

本工程使用的鋁合金模板，墻體模板標準板尺寸為2 800 mm×400 mm，沿模板豎向每70 cm設置一道主龍骨。墻體模板間固定采用M16穿墻螺栓對拉固定。墻體模板的設計，需要考慮混凝土澆筑時程液態(tài)的混凝土對模板的側(cè)壓力，取壓力的最大值，確定模板設計時需要的厚度及支撐體系的間距[2]?；炷翝仓袑δ０宓膫?cè)壓力，主要指混凝土澆筑時的自重及振搗過程中對模板的側(cè)壓力。

混凝土澆筑后在初凝前呈液態(tài)時，隨模板高度不同對模板的側(cè)壓力分布變化，作為模板的主要荷載。振搗棒作業(yè)時，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力計算值可按（3）（4）計算出最小值。

F1=0.22γCtoβ1β2V0.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

F'1=γCH? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

式中：F1和F'1為混凝土入模時對模板的壓力值，單位為kN/m2；γC為重力密度取值；to為混凝土澆筑后到初凝的時間，根據(jù)實驗確定，在實驗數(shù)據(jù)較少，不足以支撐理論取值時，也可按照t0=200/（T+15）計算；β1是混凝土澆筑外加劑修正系數(shù)，不添加外加劑是取值1，摻緩凝劑后的取值為1.2；β2作為混凝土坍落度修正系數(shù)，當塌落度<110時，取1.15；V是混凝土厚度與澆筑時間T的比值；H為側(cè)壓力計算點位至頂面的高度。

依據(jù)上述公式算得，本工程F1=31.63 kN/m2，F(xiàn)'1=25×2.8=70 kN/m2，F(xiàn)min=31.63 kN/m2?；炷翝仓侣鋾r的荷載值為4.0 kN/m2，即F=43.56 kN/m2，有效壓頭H=1.74 m。

3 有限元分析

墻模板的有限元分析建模與頂板模板相同，將墻體模板簡化分析成梁板結(jié)構(gòu)，梁板間的連接通過共用節(jié)點實現(xiàn)，面板取用She1163單元，背楞及邊框取用Beam188單元。

3.1 橫肋分析

假設橫肋的邊界約束條件為兩端鉸支，有限元模型的選取的坐標系及加載情況如圖2所示。在墻模板上施加新澆混凝土對模板的側(cè)壓力荷載，在模板底部Z取0～1.06板面上，施加F=43.56 kN/m2的側(cè)壓力面荷載，在Z取1.06～2.8的板面上，施加F從43.56 kN/m2減到0的梯度面荷載。

3.2 面板分析

設定墻體模板的四邊固定，簡化為固定支座，背楞間距700 mm，三道背楞垂直于墻體受銷釘約束，簡化模型墻體模板的約束條件。墻體模板上劃分受力分區(qū)，分區(qū)荷載呈梯度施加，詳見圖3。

3.3 邊框分析

設定墻板邊框為多跨靜定梁，其中背楞在3個方向收到約束。向模板施加混凝土側(cè)壓力，壓力值參照圖4分區(qū)梯度荷載。

4 結(jié)果比對分析

通過對墻板模板的受力分析及模型的有限元分析，對比兩種分析結(jié)論，從而驗證鋁合金模板的強度值是否可靠。比對數(shù)據(jù)如表1所示。

由表1可知，力學分析中模板橫肋計算的值較有限元分析的數(shù)值偏大，其對應的應力值也大于有限元分析出的結(jié)果。墻體模板的力學計算結(jié)果與有限元分析結(jié)論中位移的最大值基本相符。有限元分析計算出的結(jié)果應力值大于力學模型計算的數(shù)值。原因是力學分析計算中考慮的是理論工況，而有限元分析環(huán)境更貼近于實際工況。力學模型計算中邊框的形變數(shù)值大于有限元分析中的形變值，其對應的應力也差距較大。

造成兩種不同分析結(jié)果差異較大的原因，在于邊界約束條件的不同。簡化分析中，四邊支座默認為理想狀態(tài)下的四邊固定支座。ABAQUS模型分析中，考慮了周邊墻板的影響，分析環(huán)境更接近實際工況。通過兩種不同的分析結(jié)果，證明鋁合金墻體模板可靠性能夠達到設計強度，其最大應力值對應的彈性型變值遠小于混凝土施工規(guī)范要求的參數(shù)值[3]。

參考文獻

[1] 19G905-3，房屋建筑工程施工工藝圖解—組拼式鋁合金模板系列施工工藝圖解[S].

[2]? JG/T 522-2017，鋁合金模板[S].

[3] DB11/T 1611-2018，建筑工程組合鋁合金模板施工技術(shù)規(guī)范[S].