熱塑性長纖維增強復合材料模板施工實測分析

莊金平， 陶鋼， 蔡雪峰， 李俊峰

(1.福建工程學院 土木工程學院， 福建 福州 350118； 2.福建省建筑科學研究院， 福建 福州 350025)

熱塑性長纖維增強復合材料模板施工實測分析

莊金平1， 陶鋼1， 蔡雪峰1， 李俊峰2

(1.福建工程學院 土木工程學院， 福建 福州 350118； 2.福建省建筑科學研究院， 福建 福州 350025)

針對熱塑性長纖維增強復合材料模板體系在剪力墻混凝土澆筑過程中的實測，探討其簡化計算模型的選取?，F(xiàn)場實測結(jié)果表明：在混凝土側(cè)壓力和施工荷載的作用下，面板主要處于受拉狀態(tài)，平面上兩個方向的應變比為0.65～1.79, 說明該塑料模板的簡化驗算，除整體按雙向板進行驗算外, 尚應針對面板、水平肋、垂直肋等分別進行驗算。

塑料模板; 剪力墻; 現(xiàn)場澆筑; 應變; 撓度

熱塑性長纖維增強復合材料模板具有綠色環(huán)保，可循環(huán)利用的功能,與普通的膠合板模板、鋼模板不同，熱塑性長纖維增強復合材料模板體系是個完整的模板體系，各塊模板之間通過連接手柄相互連接和傳力，其種類、規(guī)格齊全，包括墻體模板、柱模板、梁模板、連接手柄、緊固螺母等。但熱塑性長纖維增強復合材料模板工程的設(shè)計方法、施工方法尚沒有統(tǒng)一的標準[1-3]，本文通過熱塑性長纖維增強復合材料模板在剪力墻模板工程中的運用，進行現(xiàn)場試測，將現(xiàn)場實測結(jié)果與簡化計算結(jié)果對比，探討其驗算方法。

1 實測概況

某住宅小區(qū)為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，剪力墻采用熱塑性長纖維增強復合材料模板，該墻體模板主要是由面板、主肋、邊肋、端肋、鎖孔、對拉螺桿孔組成，面板厚度7 mm，主肋、邊肋、端肋的截面高度80 mm，加強肋截面高度18 mm，如圖1。剪力墻厚200 mm，高2.7 m，澆筑高度2.4 m。剪力墻模板設(shè)置了水平背楞和豎向背楞，水平背楞設(shè)置了3道鋼楞，離地面高度分別為300、900、1 500 mm；豎向背楞設(shè)置兩道，離墻右端的距離分別為300、1 200 mm。

1.面板 2.邊肋 3.端肋 4.主肋 5.鎖孔 6.對拉螺栓孔圖1 熱塑性長纖維增強復合材料墻體模板示意圖Fig.1 Thermoplastic long fiber reinforced composite formwork of shear wall

圖2、 3為剪力墻兩側(cè)模板上應變片測點布置圖，為方便標識將剪力墻兩面模板稱為墻體西側(cè)模板和墻體東側(cè)模板。選擇靠近墻體底部的一片塑料模板進行實測，長1 200 mm、寬600 mm。整片墻按截面分為4個測區(qū)，包括水平及豎直方向主肋、面板和端肋。在模板的主肋、面板、端肋上分別設(shè)置有8組、6組及4組應變片。圖2、3中定義X、Y、Z來描述應變片粘貼的方向，XY代表45°方向。

圖2 墻體西側(cè)模板應變片測點布置圖Fig.2 Strain gauge arrangement of west shear wall formwork

圖3 墻體東側(cè)模板應變片測點布置圖Fig.3 Strain gauge arrangement of east shear wall formwork

塑料模板彈性模量為4 505 MPa，極限應力為63.1 MPa，極限應變?yōu)?4.010×10-3。

2 現(xiàn)場實測結(jié)果分析

2.1 面板應變分析

施工中混凝土分兩次澆筑，實測從開始持續(xù)到混凝土澆筑完成后一段時間。圖4給出了墻體模板面板上9-14測點施工進程-應變曲線。從圖4可看出，面板上測得的應變不論是在X軸，Y軸，還是XY方向都是拉應變。受施工振動荷載影響，曲線呈波動狀上升，100～232 s是混凝土澆筑過程中的間歇，大致在240 s進行第二次澆筑，荷載迅速上升，面板各測點應變有一波明顯的增長趨勢。此后，荷載大致保持恒定。

表1、2為實測過程中應變的最大值，從表中可知，模板面板平面上各方向均產(chǎn)生了拉應變，X與Y方向的應變比在0.65～1.79之間，說明面板的驗算按雙向板比按單向板更為合理。此外，面板最大應變達到1.814 4×10-3，與塑料模板極限應變相比，面板的應變明顯還有富余。

表1 9～11測點最大應變值

表2 12～14測點最大應變值

圖4 面板的施工進程-應變曲線Fig.4 Construction process-strain relationship of panel

2.2 水平肋應變分析

如圖5，1、2測點是在西側(cè)模板靠近邊肋端肋水平肋位置，3、4是在東側(cè)模板在中間端肋兩邊的水平肋位置。各測點X軸方向的應變都是拉應變，而Z軸方向的應變都是壓應變。X軸應變片是肋的水平方向，Z軸應變片是垂直于水平肋，圖中X軸方向應變片的值都比Z軸方向大且更明顯，說明水平肋的變形主要是水平方向。圖5中的曲線因振搗混凝土而有所波動。

圖5 水平肋上測點的應變-施工進程曲線Fig.5 Construction process-strain relationship of horizontaol rib

從表4可看出，這4組數(shù)據(jù)在兩方向的應變值比表3中相對應的數(shù)值波動大。原因是表3中的測點位置在水平肋，其受到兩道鋼楞的約束，該位置的鋼楞起到加固作用，使其拉應變和壓應變值都在比較小的范圍內(nèi)，如圖5(a)中位置1和2處的應變達到一定數(shù)值后就基本不變。而圖5(b)是離鋼楞距離較遠些的位置3和4處的應變，更能真實反映混凝土澆筑過程中墻體模板的變形情況。水平肋上最大應變雖達到2.245 52×10-3，但與塑料模板極限應變相比，還有明顯富余。

表3 1～2測點最大應變值

表4 3～4測點最大應變值

2.3 豎直肋應變分析

如圖6，5、6測點是西側(cè)模板豎直方向的邊肋，7測點是東側(cè)模板豎直方向的邊肋，而8測點布置于東側(cè)模板豎直方向的主肋上。

圖6 豎直肋上測點的施工進程-應變曲線Fig.6 Construction process-strain relationship of vertical rib

由圖6可看出：Y軸方向的應變都以拉應變?yōu)橹鳎０謇呤艿交炷羵?cè)壓力作用，應變片Z軸方向應變值大部分是負值。澆筑過程中受插入式振搗的影響，應變有所波動。大約在240 s時，第2次人工傾倒?jié)不炷?，拉壓應變增加也相應較大。

表5 5～6測點最大應變值

表6 7～8測點最大應變值

從表6可看出，這4組數(shù)據(jù)在Y軸方向上的拉應變較大，Z軸方向的應變較小。說明混凝土澆筑過程中，模板在兩個方向上都有變形，只是變形較小。從表6可知，在豎直肋上最大應變達到1.946 91×10-3，與塑料模板極限應變相比還有富余。

2. 4 端肋應變分析

如圖7，15、16兩個位置處Z方向的應變都是正值，XY方向是負值，而位置18處的Z軸和XY兩個方向的應變都是負值；不僅與面板和肋沒有相似的變化趨勢，而且西側(cè)模板端肋16位置與相對應的東側(cè)模板18位置上的應變-施工曲線變化相反。

圖7 端肋的施工進程-應變曲線Fig.7 Construction process-strain relationship of end rib

表7 15～16測點最大應變值

表8 17～18測點最大應變值

將表7、8中的數(shù)據(jù)與表1～6中的數(shù)據(jù)進行比較，可以看出，端肋上應變-施工過程的曲線相比于水平肋，豎直肋和面板會有不同的變化趨勢，當處于240 s第2次澆筑時，肋和面板的應變都會有所增加，但端肋上某些位置處的應變卻減小。受到鋼楞約束作用，不論拉應變還是壓應變值都比較小，最大應變值是767.29×10-6。

2.5 撓度分析

為監(jiān)測混凝土澆筑過程中模板產(chǎn)生的撓度值，在模板上設(shè)置3 個百分表(量程30 mm，精度0.01 mm)，位置如圖8。表1距地面高度540 mm，距板的左端是 1 000 mm；表2距地面高度530 mm，距板的左端860 mm；表3距地面高度430 mm，距板的左端110 mm。圖9為施工進程-撓度曲線，由于混凝土傾倒時對模板產(chǎn)生沖擊荷載，面板的撓度最大達到2.82 mm，待到混凝土澆筑完成，百分表1，百分表2，百分表3所測得的模板撓度值分別是1.34、2.25、2.27 mm。

圖8 撓度測試位置圖(單位：mm)Fig.8 Deflection measuring arrangement(unit：mm)

實測模板的計算跨度600 mm，根據(jù)GB50666-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》第4.3.9 條“對結(jié)構(gòu)表面隱蔽的模板，其撓度限值宜取為模板構(gòu)件計算跨度的1/250”要求[4]，允許撓度為2.4 mm。實測撓度略小于允許撓度，可認為撓度限值符合要求。

圖9 施工進程-撓度曲線Fig.9 Construction process-deflection relationship

3 結(jié)論

1)模板面板主要是以拉應變?yōu)橹?，豎直肋X軸方向是拉應變，Z軸方向是壓應變；水平肋Y軸方向是拉應變，Z軸方向是壓應變；而模板端肋處受力比較復雜，拉應變與壓應變都有。因此，設(shè)計中對整片塑料模板按雙向板計算外，尚應對面板、水平肋，豎肋等部位分別進行驗算。

2)通過對現(xiàn)場剪力墻結(jié)構(gòu)模板監(jiān)測，分析模板的主肋、邊肋、面板及端肋數(shù)據(jù)可知，混凝土澆筑過程側(cè)壓力對模板產(chǎn)生的應變值并沒有達到極限應變，墻體模板的各關(guān)鍵部位處于安全范圍。從現(xiàn)場實測結(jié)果看，相應背楞等支撐體系的布置合理。

[1] 陳述典,馬瑞宏.塑料模板的應用[J].建筑管理現(xiàn)代化,2000(1):55-56.

[2] 糜嘉平.我國塑料模板發(fā)展概況及存在主要問題[J].建筑技術(shù),2012,43(8):681-684 .

[3] 王國權(quán),劉津明.幾種適合我國推廣使用的專利[J].建筑技術(shù).2004,35(8)：578-579.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范:G850666-2011[S].北京：化學工業(yè)出版社，2012.

(責任編輯： 陳雯)

Experimental analysis of thermoplastic long fiber reinforced composite formwork in construction

Zhuang Jinping1, Tao Gang1, Cai Xuefeng1, Li Junfeng2

(1. College of Civil Engineering, Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China； 2. Fujian Academy of Building Research, Fuzhou 350025, China)

In the process of pouring shear wall concrete, the formwork system of thermoplastic long fiber reinforced composite was measured, whose simplified calculation model was discussed. Measured results show that the panel is mainly in tension, the two direction strain ratio of which is 0.65～1.79 under the concrete lateral pressure and construction load. In checking the formwork, the calculation of two-way whole formwork was performed along with the panel, horizontal rib and the vertical rib of the formwork.

plastic formwork; shear wall; in-situ casting; strain; deflection

10.3969/j.issn.1672-4348.2017.03.002

2017-03-04

國家自然科學基金(51478119)；福建省科技廳項目(2015J01182)

蔡雪峰(1956- )，女，福建福鼎人，教授，研究方向：復雜結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。

TU712

A

1672-4348(2017)03-0210-05