輪扣式模板支架體系受力性能試驗(yàn)研究

竇國(guó)舉，孫忠國(guó)，何海英，侯振國(guó)，謝華峰，宋建學(xué)

(1.中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450000; 2.鄭州大學(xué) 土木工程學(xué)院,河南 鄭州 450000)

中國(guó)建筑業(yè)飛速發(fā)展，模板支架體系成為建筑現(xiàn)場(chǎng)施工最重要的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，得到了普遍的應(yīng)用。輪扣式模板支架彌補(bǔ)了扣件式支架扣件易丟失，搭建困難、配件易損壞等缺陷，搭設(shè)方便快捷，已在工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。但是近年來(lái)關(guān)于輪扣式模板支架失穩(wěn)倒塌的事故也明顯上升，許多事故發(fā)生在現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑期間，因此研究混凝土澆筑時(shí)支架桿件的受力情況，總結(jié)出支架桿件隨澆筑進(jìn)程的內(nèi)力變化規(guī)律，具有理論和實(shí)用價(jià)值。

通過(guò)前期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)受制于現(xiàn)場(chǎng)空間或其他原因，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了兩種主要模板支架形式，一種支撐形式是緊鄰梁兩側(cè)的立桿到梁側(cè)邊的距離相等的支架(本文稱為“軸心支架”，見(jiàn)圖1)，另一種支撐形式是緊鄰梁兩側(cè)的立桿到梁側(cè)邊的距離不相等的支架(本文稱為“偏心支架”，見(jiàn)圖2)，

圖1 軸心支架

圖2 偏心支架

本文研究這兩種支架桿件的受力以及發(fā)展過(guò)程，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究輪扣式模板支架在混凝土澆筑期各桿件的內(nèi)力分布及發(fā)展規(guī)律。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)內(nèi)容

試驗(yàn)場(chǎng)地為鄭州市航空港區(qū)河?xùn)|第一棚戶區(qū)二標(biāo)工程，試驗(yàn)架體為地下室梁板支撐架，是現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程的一部分。搭設(shè)的模板支架采用承插型輪扣式模板支架體系，基本構(gòu)件采用Q235，48.0×3.0鋼管材料，主楞梁采用Φ48 mm×3.0 mm@600的雙鋼管，次楞梁采用50 mm×150 mm@150的木方，面板采用18 mm膠合模板，主楞梁沿支架橫向布置，與立桿的中軸線對(duì)正，并放置在立桿頂部的可調(diào)托撐上，次楞梁以150 mm的間距鋪設(shè)在主楞梁上，垂直于主楞梁，平行于水平地面。

選取地下室軸心支架和偏心支架進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，梁側(cè)立桿間距代表緊鄰梁兩側(cè)的立桿中線到梁側(cè)邊的距離，L代表左側(cè)距離，R代表右側(cè)距離。試體一為軸心支架，試體二為偏心支架。

表1 模板支撐架桿件布置圖

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 試體一

試體一桿件布置見(jiàn)表1，試體一選取垂直于梁的斷面進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量，該橫斷面為1-1斷面，如圖3所示。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)如圖4所示。

圖3 1-1橫斷面位置圖

圖4 1-1橫斷面測(cè)點(diǎn)布置圖

1.2.2 試體二

試體二桿件布置見(jiàn)表1，試體二選取垂直于梁的斷面進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)應(yīng)力應(yīng)變的測(cè)量，該橫斷面為2-2斷面，如圖5所示。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)如圖6所示。

圖5 2-2橫斷面位置圖

圖6 2-2橫斷面測(cè)點(diǎn)布置圖

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

把現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的應(yīng)變值轉(zhuǎn)化為軸力，再進(jìn)行桿件軸力的分析。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的澆筑順序，把斷面的澆筑分為7個(gè)施工步序，從區(qū)域1開(kāi)始澆筑，到區(qū)域7澆筑結(jié)束。本文稱區(qū)域5和區(qū)域3主楞梁懸挑出來(lái)的部分為“挑頭板”。

2.1 試體一監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

試體一澆筑順序如圖7所示。圖8為試體一混凝土澆筑步序與時(shí)間圖。圖9為遠(yuǎn)離梁軸線的立桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果,圖9顯示,遠(yuǎn)離梁的立桿上下部分軸力變化趨勢(shì)相同。測(cè)點(diǎn)CVU1和測(cè)點(diǎn)CVB1在澆筑區(qū)域1、2、3、4、5時(shí)，軸力在“0”附近波動(dòng)；在澆筑區(qū)域5時(shí)，軸力曲線向上發(fā)展，軸力出現(xiàn)拉壓變化；在澆筑區(qū)域6和7時(shí)，立桿的壓力值成階梯式增長(zhǎng)。該斷面澆筑完畢時(shí)，測(cè)點(diǎn)1-1-CVU1壓力值為-7.85 kN，測(cè)點(diǎn)1-1-CVB1壓力值為-7.68 kN。

測(cè)點(diǎn)CVU5和測(cè)點(diǎn)CVB5的軸力值受區(qū)域2右側(cè)澆筑的影響，在監(jiān)測(cè)之初具有一定的軸力值。在澆筑區(qū)域1、3、4、5、6、7時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU5和測(cè)點(diǎn)CVB5處的軸力值變化不大，其中在澆筑區(qū)域3時(shí)，壓力值有減小趨勢(shì)，接著保持穩(wěn)定；在澆筑區(qū)域2時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU5和測(cè)點(diǎn)CVB5的壓力值有較大的增長(zhǎng)。該斷面澆筑完畢時(shí)，測(cè)點(diǎn)1-1-CVU5壓力值為-7.78 kN，測(cè)點(diǎn)1-1-CVB5壓力值為-7.52 kN。說(shuō)明遠(yuǎn)離梁立桿的上部軸力值大于下部；在澆筑立桿兩側(cè)的板時(shí)，立桿的軸力變化較大。

圖7 試體一混凝土澆筑順序圖

圖8 試體一混凝土澆筑步序與時(shí)間圖

圖9 1-1遠(yuǎn)離梁立桿軸力隨澆筑時(shí)間變化圖

圖10為臨近梁的立桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果，圖10顯示在混凝土澆筑期間，兩根立桿均處于受壓狀態(tài)，上下部軸力變化趨勢(shì)相同。隨著澆筑順序,測(cè)點(diǎn)CVU2和CVB2的壓力值在澆筑區(qū)域1、4、5、6時(shí)增大較多,在區(qū)域2、3、7時(shí),壓力值變化不大。當(dāng)該斷面澆筑完畢時(shí),測(cè)點(diǎn)CVU2壓力值為-9.08 kN，測(cè)點(diǎn)CVB2壓力值為-8.88 kN。測(cè)點(diǎn)CVU4和CVB4的壓力值在澆筑區(qū)域1、2、3、4增大較多,在區(qū)域5、6、7壓力值變化不大。當(dāng)該斷面澆筑完畢時(shí),測(cè)點(diǎn)CVU4壓力值為-9.23 kN，測(cè)點(diǎn)CVB4壓力值為-9.01 kN。

圖10 1-1鄰近梁立桿軸力隨澆筑時(shí)間變化圖

從立桿軸力變化曲線分析可知，臨近梁的立桿在澆筑梁、澆筑同側(cè)挑頭板和澆筑立桿外側(cè)的板這三個(gè)階段時(shí)，軸力值變化較大。澆筑完畢時(shí)同根立桿上部的軸力大于下部。

圖11為梁下立桿的內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果，圖11顯示梁下立桿處于受壓狀態(tài)，上下部分受力差別不大，測(cè)點(diǎn)CVU3和測(cè)點(diǎn)CVB4在澆筑區(qū)域1和4壓力值增長(zhǎng)較大，其中立桿壓力值在區(qū)域1平均增長(zhǎng)65.5%，在區(qū)域2平均增長(zhǎng)34.0%，這和梁內(nèi)混凝土分層澆筑有關(guān)?？梢?jiàn)立桿軸力受分層澆筑影響比較明顯，分層澆筑可以使下方立桿軸力平穩(wěn)增長(zhǎng)，提高支架安全性。

圖11 1-1梁下立桿軸力隨澆筑時(shí)間變化圖

2.2 試體二監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖12為遠(yuǎn)離梁軸線的立桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)結(jié)果，圖12顯示支架兩個(gè)遠(yuǎn)離梁立桿最終處于受壓狀態(tài)，上下部軸力變化趨勢(shì)相同。梁左側(cè)立桿測(cè)點(diǎn)CVU1和測(cè)點(diǎn)CVB1的軸力值在澆筑1、2、3、4區(qū)域時(shí)基本處于不受力狀態(tài)；當(dāng)澆筑區(qū)域5時(shí)，受力變成拉力，因?yàn)闈仓纛^板引起同側(cè)該立桿上部的主楞梁翹起，產(chǎn)生立桿上拔；在澆筑區(qū)域6和7時(shí)，由受拉轉(zhuǎn)為受壓，壓力增長(zhǎng)迅速。截面澆筑完畢時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU1壓力值為-7.72 kN，測(cè)點(diǎn)CVB1壓力值為-7.58 kN。

圖12 2-2遠(yuǎn)離梁立桿軸力隨澆筑時(shí)間變化圖

測(cè)點(diǎn)CVU5和CVB5所在立桿右側(cè)板已經(jīng)澆筑完成，所以該立桿軸力值初始值不為零，在澆筑區(qū)域2時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU5和CVB5處軸力值變化較快；在澆筑區(qū)域3時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU5和CVB5處的壓力稍微減?。黄渌麉^(qū)域澆筑對(duì)該處測(cè)點(diǎn)的軸力值影響不大。截面澆筑完畢時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU5壓力值為-7.62 kN，測(cè)點(diǎn)CVB5壓力值為-7.49 kN。

圖13為靠近梁軸線的立桿內(nèi)力監(jiān)測(cè)成果。圖13顯示在混凝土澆筑期間，距離梁側(cè)最近的兩根立桿均處于受壓狀態(tài)，上下部軸力變化趨勢(shì)相同。測(cè)點(diǎn)CVU2和測(cè)點(diǎn)CVB2所在的立桿，在澆筑區(qū)域1、4、5、6時(shí)，立桿受力變化較大，其中澆筑區(qū)域1和4時(shí)，立桿的壓力值增長(zhǎng)較緩，澆筑區(qū)域5和6時(shí)，壓力值增長(zhǎng)迅速；澆筑區(qū)域2、3、7時(shí)，對(duì)測(cè)點(diǎn)CVU2和測(cè)點(diǎn)CVB2處的壓力值影響不大，壓力變化量很??；該截面澆筑完畢時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU2壓力值為-9.10 kN，測(cè)點(diǎn)CVB2壓力值為-8.92 kN。

圖13 2-2鄰近梁立桿軸力隨澆筑時(shí)間變化圖

測(cè)點(diǎn)CVU4和測(cè)點(diǎn)CVB4所在的立桿在澆筑區(qū)域1、2、3、4時(shí)，立桿受力增加，其中澆筑區(qū)域1和4時(shí)，立桿的壓力值增長(zhǎng)較緩，澆筑區(qū)域2和3時(shí)，壓力值增長(zhǎng)迅速；澆筑區(qū)域5、6、7時(shí)，對(duì)測(cè)點(diǎn)CVU4和測(cè)點(diǎn)CVB4處的壓力值影響不大，壓力變化量很小；該截面澆筑完畢時(shí)，測(cè)點(diǎn)CVU4壓力值為-10.18 kN，測(cè)點(diǎn)CVB4壓力值為-10.00 kN。

圖14是梁下帶有頂托的立桿內(nèi)力發(fā)展過(guò)程。圖14顯示，梁下立桿在混凝土澆筑期間一直處于受壓狀態(tài)，上下部軸力變化趨勢(shì)相同。在澆筑區(qū)域1和澆筑區(qū)域4時(shí)，軸力有較快增長(zhǎng)，其中在澆筑區(qū)域1期間，立桿上部測(cè)點(diǎn)CVU3的軸力增長(zhǎng)量為4.82 kN，增長(zhǎng)量較大；在澆筑區(qū)域4期間，立桿上部測(cè)點(diǎn)CVU3的軸力增長(zhǎng)量為3.23 kN；其他區(qū)域澆筑對(duì)梁下立桿的受力影響較小。該斷面澆筑完畢時(shí)測(cè)點(diǎn)CVU3壓力值為-8.23 kN，測(cè)點(diǎn)CVB3壓力值為-8.15 kN。

圖14 2-2梁下立桿軸力隨澆筑時(shí)間變化圖

2.3 試體一和試體二監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

圖15～圖17為試體一和試體二軸力對(duì)比圖。

圖15 遠(yuǎn)離梁立桿軸力對(duì)比圖

圖16 梁側(cè)立桿軸力對(duì)比圖

圖17 梁下立桿軸力對(duì)比圖

對(duì)比分析可知：

(1)遠(yuǎn)離梁的立桿軸力主要受立桿上方板混凝土澆筑影響較大，其他區(qū)域?qū)υ撎幜U的受力影響不明顯。同一立桿上部軸力大于下部，澆筑挑頭板時(shí)，同側(cè)的遠(yuǎn)離梁立桿會(huì)發(fā)生翹起現(xiàn)象，這與橫桿、斜桿參與受力有關(guān)。

(2) 梁側(cè)立桿受力主要集中在澆筑梁、同側(cè)挑頭板和立桿外側(cè)的板三個(gè)區(qū)域，其中澆筑挑頭板和立桿外側(cè)的板時(shí)，軸力增長(zhǎng)量較大，同根立桿上部的壓力值大于下部，軸心立桿梁右側(cè)立桿的軸力值和梁左側(cè)立桿軸力值相差不大，偏心立桿梁右側(cè)立桿的軸力值大于梁左側(cè)，因?yàn)榱合掠覀?cè)水平桿間距大，造成梁右側(cè)的挑頭板過(guò)長(zhǎng)，加大了立桿的軸力值。

(3)梁下立桿的受力主要集中在澆筑梁時(shí)，其中在澆筑區(qū)域1期間，軸力增長(zhǎng)量較大，約占澆筑完畢時(shí)總壓力值的60%。梁下立桿上部測(cè)點(diǎn)軸力值和下部相差不大。

3 結(jié)論

(1)在混凝土澆筑過(guò)程中，先澆筑混凝土一側(cè)桿件內(nèi)力發(fā)展快于另一側(cè)，軸心支架的最終桿件內(nèi)力分布關(guān)于梁中心線大體呈對(duì)稱狀態(tài)；偏心支架梁側(cè)立桿關(guān)于梁中心線不對(duì)稱。挑頭板寬的一側(cè)其梁側(cè)立桿軸力大于另一側(cè)。

(2)澆筑挑頭板時(shí)，同側(cè)的遠(yuǎn)離梁立桿會(huì)出現(xiàn)“上拔”的現(xiàn)象，立桿呈現(xiàn)受拉趨勢(shì)。

(3)澆筑完畢時(shí)，板下同一根立桿上部軸力大于下部，梁下立桿上部軸力與下部軸力相近，可能與梁下立桿相連的橫桿、斜桿傳力有關(guān)。