建筑工程中鋁合金模板力學性能研究

【摘要】鋁合金模板能夠有效地改變傳統(tǒng)的鋼管扣件木模板體系存在著的問題，鋁合金模板成型尺寸非常正確，而且規(guī)格比較統(tǒng)一，連接起來也非常的方便，不容易出現(xiàn)變形，漏漿以及爛根等一系列的情況，能夠保證垂直度跟平整的合格率達到95%及以上，可以有效的控制陰陽角的幾何尺寸的正確性，同時也能夠減少對于拉螺桿的使用，可以提升工作效率。

【關鍵詞】建筑工程;鋁合金模板;力學性能

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.10.023

引言：

鋁合金模板在國內(nèi)起步的還是比較晚的，所以對于它的力學性能并不是非常的清晰，無論是理論還是研究都不是非常的完善，各種規(guī)范也尚未定制，研究鋁合金模板的力學性能，探究鋁合金模板在使用過程當中的影響因素，對于鋁合金模板的未來推廣來說，會有著非常重要的意義。

1、我國模板工程的現(xiàn)狀

自從上個世紀70年代開始，我國的建筑工程當中，慢慢的開始使用組合鋼模板，但是這種組合鋼模板的重量非常大，而且運輸起來非常的困難，重復率非常的低，基于這樣的缺點，所以說隨著時代的發(fā)展，組合鋼模板開始慢慢的退出了建筑市場。當前我國大多數(shù)的建筑工程當中，使用的都是膠合板模板，膠合板當中比較常用的就是竹膠合板以及木膠合板，其優(yōu)勢就在于重量比較輕，搬運起來很方便，拆裝也非常的靈活，可以重復利用的次數(shù)也比較多，所以說在建筑工程當中也得到了一定的應用。

2、鋁合金模板在建筑工程當中應用的優(yōu)勢

據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，歐美等發(fā)達國家針對于鋁合金模板的研究已經(jīng)經(jīng)歷了多年，雖然說相較于這些發(fā)達國家，我國的建筑工程當中使用鋁合金模板的時間比較短，生產(chǎn)廠家的數(shù)量也有限，實際的應用量不夠多，目前仍然處在新興產(chǎn)業(yè)階段。但是伴隨著近幾年國家大力提倡建設節(jié)約型社會，以及可持續(xù)發(fā)展理念開始深入人心之后，有一些建筑工程單位開始慢慢的使用了鋁合金模板，取代了傳統(tǒng)的膠合板，并且也取得了非常良好的社會效益以及經(jīng)濟效益。

2.1標準化程度以及施工質(zhì)量有所提高

雖然說使用鋁合金模板的前期投入會比較高，但是跟傳統(tǒng)的膠合板模板以及全鋼大模板相比，鋁合金模板的重量更加輕，而且擁有著很高的強度，拼縫也更加的美觀，施工周期非常的短，可以降低二次施工對于模板所造成的影響，能夠有效地保證模板的質(zhì)量，進而保證混凝土工程的質(zhì)量。鋁合金模板可以按照設計的需求來進行加工，具有多種規(guī)格，可以滿足各種各樣形狀的需求，而且在設計的時候，標準化程度非常的高，可以適用在不同的類型的建筑里面，不同部位的安裝以及施工都可以使用鋁合金模板，這樣能夠進一步的提升混凝土現(xiàn)澆工程施工以及整體建筑工程的標準化程度。

2.2施工的過程更加便捷

鋁合金模板的自身重量非常的輕，工人可以靈活的操作，在運輸?shù)臅r候也不需要依賴大型的機械來對其進行運輸，既能夠有效的節(jié)約成本，同時也更加方便于人們進行施工，單塊模板的面積比較大，拼縫也很少，任意兩個模板之間可以通過銷釘來進行固定，安裝的過程非常的便捷而且快速，能夠提升整體的施工效率。

2.3穩(wěn)定性很強

在實際施工的時候，有一些部位需要針對于多個模板進行拼接以及組裝，并且形成一個穩(wěn)定的架構(gòu)，但是全鋼大模板在一些復雜的位置很難成模，而鋁合金模板則不同，鋁合金模板非常的輕便，而且強度也比較高，拼縫很少。在不同形狀的墻柱以及梁板等位置都能夠進行使用，并且可以實現(xiàn)無縫拼接以及組裝所形成的整體框架，不僅擁有著非常強的穩(wěn)定性能，同時其承載能力也非常的高。

2.4經(jīng)濟效益以及社會效益相統(tǒng)一

在計量鋁合金模板的經(jīng)濟效益的時候，應該綜合考慮到整體的效益，傳統(tǒng)模板在使用的時候，前期投入非常少，但是后期投入?yún)s非常的多，而鋁合金模板正好和傳統(tǒng)的模板是相反的，雖然前期需要大量的資金，但是后期的使用成本卻比較低。二者相比，鋁合金模板的整體效益更加的明顯，在最近幾年，伴隨著冶煉方法以及電力工藝的不斷的發(fā)展，電價也在不斷的下降，推動著鋁制品行業(yè)開始快速的發(fā)展，同時鋁合金模板的價格也處在了一個比較穩(wěn)定的狀態(tài)下，鋁合金是環(huán)保建筑材料之一，在實際施工的時候，廢棄的鋁片可以高達50%的回收率，而且鋁合金模板的重復率也非常高，能夠進一步的節(jié)省施工的成本，并且對于環(huán)境的影響也會比較小，是符合我國的可持續(xù)發(fā)展的理念的。綜上所述，鋁合金模板雖然說前期投入會比較高，但是后期的投入將大幅度下降，整體的施工成本也要比傳統(tǒng)的模板的施工成本更加低，而且具有非常高的資源利用率，符合我國的環(huán)境保護的基本要求，同時具有非常明顯的社會效益。比方說深圳東海國際項目就屬于超高層建筑，因為對于模板周轉(zhuǎn)材料的需求量非常的大，所以引進了鋁合金模板，并且將其使用到了四層以上的標準層里面，取得了非常好的效益。

2.5承載能力比較強，效果非常好

鋁合金模板所起到的是臨時支護的作用，材料是鋁合金，所以說具有非常高的強度，同時在完成拼裝之后，也能夠大幅度的提升整個模板系統(tǒng)的整體承載能力。在實際應用的時候，鋁合金模板的系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)性非常的穩(wěn)定，也有利于混凝土工程施工的進行。除此之外，模板的斷裂是傳統(tǒng)建筑模板當中非常容易出現(xiàn)的一個問題，而且還存在著在拆模之后混凝土表面不夠平衡的問題，但是鋁合金模板跟混凝土之間就不容易出現(xiàn)這種情況，所以說在拆模之后可以呈現(xiàn)一個非常平整的混凝土的表面，不需要我們再進行人工二次處理。

3、鋁合金模板的力學性能試驗研究

為了能夠有效地貫徹國家的節(jié)能減排戰(zhàn)略，建設一個資源節(jié)約型，環(huán)境友好型的社會，住房和城鄉(xiāng)建設部開始大力的推廣綠色建筑施工，而鋁合金模板因為回收效率非常的高，符合低碳以及節(jié)能的要求，所以說在業(yè)內(nèi)推廣的非常的迅速。再加上鋁合金模板的質(zhì)量比較輕，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，承載力非常高等一系列的優(yōu)點，所以說非常受施工人員的喜愛，另外鋁合金模板的外觀非常的整潔，而且整體的形象也比較好，混凝土構(gòu)件在達到了規(guī)定強度拆模之后，其表面非常的光滑平整，基本上能夠達到飾面以及清水混凝土的需求，可以節(jié)省抹灰的人工費用。伴隨著倡導的低碳以及節(jié)能，越來越被社會所重視，所以說各個省市也開始大力的推廣鋁合金模板的使用。3ED5E893-01F7-4914-B16B-FDDB5D1D6997

鋁合金模板作為一種新的模板形式，全部使用的是定型設計，根據(jù)施工的圖紙，可以制作出不同的規(guī)格以及不同形狀的模板，通過不斷地深化設計，力求做到模板的規(guī)格少，在工廠生產(chǎn)制作過程當中，直接面板一次碾壓成型，整體的質(zhì)量非常高，模板完全使用人工拼裝以及拆卸，操作非常的簡單而且迅速，不需要額外的機械進行輔助。裝配以及周轉(zhuǎn)都非常的方便，而且成型效果非常的好，可以達到相關的使用需求，目前在很多超高層項目上面應用的非常好，具有很好的經(jīng)濟效益。

3.1實驗簡介

在本次試驗的過程當中，所使用的儀器包括60T壓力傳感器、50mm位移計、DH3820數(shù)據(jù)采集儀、卷尺、直尺，磁性支座、40T千斤頂，應變片以及若干導線等等。在本次試驗的過程當中，鋁合金模板是6061-T6系列的鋁合金材料所制成的標準墻模板，其邊框以及面板都是一次擠壓成型的橫肋，分別和邊框以及縱肋進行焊接，跟面板進行接觸。模板當中的橫肋不是等間距分布的，端肋分別跟縱肋以及邊框焊接，和地面進行接觸，面板的厚度是4mm，高度為65mm，邊框開孔，孔和孔間距在50mm，每三個孔是一組，每組間距200mm。

為了能夠針對于鋁合金墻板的力學性能進行全方位且深入的了解，對于模板的應力應變趨勢以及跨中撓度和開孔處應力集中必須要有全面的掌握，得到模板的荷載位移線，加載前，在模板上粘貼好應變片以及布置好位移計。本次實驗的過程當中，一共在面板中肋以及邊框粘貼了17個應變片，布置了七個位移計，在粘貼應變片之前，首先針對于鋁合金模板的粘貼位置使用砂紙向著四十五度的方向進行了輕微的打磨，并且使用酒精擦拭干凈，在擦拭的過程當中，需要注意一定要沿著單一的方向進行擦拭，嚴禁來回不斷交替的擦洗。粘貼應變片之后，需要使用歐姆表來對其進行測量，防止出現(xiàn)壞片，影響最終實驗的進度，為了防止在搬運的時候出現(xiàn)磕碰以及受潮等情況，對于應變片裸露的部分需要均勻的涂抹好乳膠，使其能夠完全的覆蓋應變片，嚴格規(guī)范各種操作，確保實驗的數(shù)據(jù)的準確性。

在本次試驗的過程當中，分別為400w2700，350w2700，300w2700的鋁合金墻模板進行了試驗，并且對350w2700進行了750mm，900mm以及120mm的背楞間距試驗，在試驗的時候，通過改變兩個箱型梁的間距，有效地實現(xiàn)針對于背楞間距的控制，所對應的編號是350w2700j750，350w2700j900，350w2700j1200，對于300w2700，400w2700只進行了背楞間距為900mm的實驗，所對應的編號是300w2700j900，400W2700j900。除此之外，為了避免出現(xiàn)試驗的偶然性跟操作的不唯一性，所以每一組試驗都需要做三次。

3.2加載方式

在針對于鋁合金模板進行力學性能分析的時候，為了能夠更好的反映出真實的受力情況，模板使用的是簡支約束，按照相關規(guī)定的要求，沿著短邊寬度方向放置好支座，支座的間距分別為750mm，900mm以及1200mm。在試驗之前就應該把模板、分配梁以及壓力傳感器和液壓千斤頂進行對中，這樣能夠更好的模擬荷載情況未平衡的情況以及導線接觸是否是正常的，針對于模板進行預加載，觀察位移計以及壓力傳感器的設備是否是正常的，判斷荷載跟變形關系是否是穩(wěn)定的，防止設備出現(xiàn)異常導致模板出現(xiàn)開裂的情況，因為那樣會容易導致實驗出現(xiàn)失敗，最終影響到試驗的進度。

然后使用液壓千斤頂來進行緩慢的加載，5kn作為一級，每一級需要保持荷載二分鐘，并且在均勻荷載對應下的三分點荷載保持荷載二分鐘，持續(xù)加載一直到構(gòu)件無法繼續(xù)承載而出現(xiàn)破壞為止。在加載的時候，需要時刻得注意壓力傳感器以及位移計的讀數(shù)，防止出現(xiàn)瞬間加壓過大的情況，因為那樣很容易就導致構(gòu)件會出現(xiàn)瞬間的破壞。

在本次實驗當中，所選取的模板的全長為2700mm，一端使用鉸支座，而另外一段使用滾動支座，支座使用加工的工裝，鉸支座以及滾動支座需要分別安裝在箱型梁上面，箱型梁則需要搭建在200t加載架上面，通過調(diào)整箱型梁之間的間距，能夠有效地實現(xiàn)模板的不同加載，使用千斤頂來進行加載，利用跟千斤頂連接的傳感器測量荷載，荷載由一個大分配梁分配給兩個直接作用在模板上面的小分配梁，實現(xiàn)對稱加載。為了能夠有效地減少實驗過程當中的接觸，達到線荷載的目標，在小分配梁焊接實心管，這樣能夠更好的模擬均布荷載。

3.3試驗結(jié)果

為了能夠獲得更加準確的實驗結(jié)果，本次一共進行了七組實驗，每三塊作為一組，本次實驗當中使用的都是模板邊框，開孔處破壞，中肋無裂縫，一側(cè)邊框破壞之后，繼續(xù)加載荷載，變化量是比較小的，幾乎是可以說沒有變化，而位移的變化卻非常的大，而且一直都在不斷的增加當中，千斤頂卸載的時候，發(fā)現(xiàn)模板出現(xiàn)了回彈的情況，這種現(xiàn)象符合彈性卸載的規(guī)律，而且不可以恢復原狀，留有塑形變化，使位移讀數(shù)不為零。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，模板350w2700j750、350w2700j900、350w2700j1200的跨中開孔處被拉斷，同時因為加工的缺陷，所以說每一個孔都有被拉斷的可能，具有不確定性，跨中受等效純彎矩后發(fā)生塑性變化，因為縱肋沒有在截面中間，所以是模板300w2700j900，400w2700j900在發(fā)生了破壞之后，其邊框跟縱肋之間距離比較大的邊框開孔處出現(xiàn)了翹曲變形。

通過針對數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)模板在每平方米30kn的等效荷載下，350w2700j900的撓度分別是350w2700j750、350w2700j1200的1.797倍以及0.291倍，在每平方米45kn的等效荷載下，其撓度分別是這二者的1.799倍以及0.295倍，在每平方米65kn的等效荷載下，撓度分別是這二者的2倍以及0.306倍。在極限荷載的作用下350w2700j900的撓度分別是這二者的1.351倍以及0.196倍，另外需要注意的一點是350w2700j900的極限荷載是要比350w2700j750的荷載降低21.76%左右的，同時比350w2400j1200提高了26.51%左右。由此便可以看出，模板的撓度會伴隨著支座間距的增大而不斷的增大，同時其承載力也會隨著間隙的增大而出現(xiàn)減少的情況。3ED5E893-01F7-4914-B16B-FDDB5D1D6997

綜上所述，不難發(fā)現(xiàn)，跟傳統(tǒng)的模板相比，鋁合金模板具有非常明顯的優(yōu)勢，而且在建筑工程，混凝土施工過程當中，使用鋁合金模板，不僅能夠有效的提升我們的施工效率，縮短工期，同時也能夠保證整個工程的質(zhì)量，而且建筑單位在使用鋁合金模板的過程當中，也能夠堅持可持續(xù)發(fā)展的理念，真正的落實國家的減排政策。但是鋁合金模板在施工的過程當中，對于操作人員的要求還是比較高的，所以說還是要加大針對于模板工程技術的創(chuàng)新的力度，進一步的降低鋁合金模板在使用過程當中的成本。

結(jié)語：

在本文當中，主要針對于鋁合金模板使用過程當中的力學性能進行了相關的探討，最終通過實驗，得到了以下結(jié)論。

（1）針對于鋁合金模板進行了剛度以及承載力的試驗研究，在等效荷載的作用下，模板的變形以及具體的承載力驗證模板是否滿足相關規(guī)范要求，探究模板的破壞形式，發(fā)現(xiàn)模板都是邊框開孔處被破壞，是因為開孔處產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象所導致的。

（2）針對于模板進行了有無橫肋的試驗，得出模板的有橫肋的破壞位置發(fā)生加載點的邊框開孔位置，而無橫肋也會發(fā)生在模板的加載點，但是跨中撓度會非常的大，橫肋對于模板的剛度影響也非常的大，能夠有效地限制模板的變形，但是對于模板的承載力的影響是比較小的，通過改變箱梁的位置來控制模板的背楞間距的實驗，可以發(fā)現(xiàn)，隨著支座間距的不斷的增大，那么模板的變形也會增大。隨著模板背楞間距的不斷的增大，模板的剛度也會降低，通過針對于不同寬度的模板進行了實驗，可以發(fā)現(xiàn)模板的變形會伴隨著寬度的增加而增大。

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作者簡介：

趙海剛（1974.07-），男，彝族，云南硯山人，本科，副高級工程師，主要從事建筑施工管理，擔任項目經(jīng)理，歷年來參與保障住房，棚戶區(qū)改造，醫(yī)院和學校的建設，主要是施工企業(yè)的施工管理工作。3ED5E893-01F7-4914-B16B-FDDB5D1D6997