莊金平， 陶鋼， 蔡雪峰， 李俊峰

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

熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板施工實(shí)測(cè)分析

莊金平1， 陶鋼1， 蔡雪峰1， 李俊峰2

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

針對(duì)熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板體系在剪力墻混凝土澆筑過(guò)程中的實(shí)測(cè)，探討其簡(jiǎn)化計(jì)算模型的選取?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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(gè)方向的應(yīng)變比為0.65～1.79, 說(shuō)明該塑料模板的簡(jiǎn)化驗(yàn)算，除整體按雙向板進(jìn)行驗(yàn)算外, 尚應(yīng)針對(duì)面板、水平肋、垂直肋等分別進(jìn)行驗(yàn)算。

塑料模板; 剪力墻; 現(xiàn)場(chǎng)澆筑; 應(yīng)變; 撓度

熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)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(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板體系是個(gè)完整的模板體系，各塊模板之間通過(guò)連接手柄相互連接和傳力，其種類(lèi)、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(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板工程的設(shè)計(jì)方法、施工方法尚沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[1-3]，本文通過(guò)熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板在剪力墻模板工程中的運(yùn)用，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試測(cè)，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與簡(jiǎn)化計(jì)算結(jié)果對(duì)比，探討其驗(yàn)算方法。

1 實(shí)測(cè)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(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)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(duì)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(qiáng)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(duì)拉螺栓孔圖1 熱塑性長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)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(yīng)變片測(cè)點(diǎn)布置圖，為方便標(biāo)識(shí)將剪力墻兩面模板稱(chēng)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(jìn)行實(shí)測(cè)，長(zhǎng)1 200 mm、寬600 mm。整片墻按截面分為4個(gè)測(cè)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(yīng)變片。圖2、3中定義X、Y、Z來(lái)描述應(yīng)變片粘貼的方向，XY代表45°方向。

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

圖3 墻體東側(cè)模板應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)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(yīng)力為63.1 MPa，極限應(yīng)變?yōu)?4.010×10-3。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果分析

2.1 面板應(yīng)變分析

施工中混凝土分兩次澆筑，實(shí)測(cè)從開(kāi)始持續(xù)到混凝土澆筑完成后一段時(shí)間。圖4給出了墻體模板面板上9-14測(cè)點(diǎn)施工進(jìn)程-應(yīng)變曲線(xiàn)。從圖4可看出，面板上測(cè)得的應(yīng)變不論是在X軸，Y軸，還是XY方向都是拉應(yīng)變。受施工振動(dòng)荷載影響，曲線(xiàn)呈波動(dòng)狀上升，100～232 s是混凝土澆筑過(guò)程中的間歇，大致在240 s進(jìn)行第二次澆筑，荷載迅速上升，面板各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變有一波明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。此后，荷載大致保持恒定。

表1、2為實(shí)測(cè)過(guò)程中應(yīng)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(yīng)變，X與Y方向的應(yīng)變比在0.65～1.79之間，說(shuō)明面板的驗(yàn)算按雙向板比按單向板更為合理。此外，面板最大應(yīng)變達(dá)到1.814 4×10-3，與塑料模板極限應(yīng)變相比，面板的應(yīng)變明顯還有富余。

表1 9～11測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

表2 12～14測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

圖4 面板的施工進(jìn)程-應(yīng)變曲線(xiàn)Fig.4 Construction process-strain relationship of panel

2.2 水平肋應(yīng)變分析

如圖5，1、2測(cè)點(diǎn)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(cè)點(diǎn)X軸方向的應(yīng)變都是拉應(yīng)變，而Z軸方向的應(yīng)變都是壓應(yīng)變。X軸應(yīng)變片是肋的水平方向，Z軸應(yīng)變片是垂直于水平肋，圖中X軸方向應(yīng)變片的值都比Z軸方向大且更明顯，說(shuō)明水平肋的變形主要是水平方向。圖5中的曲線(xiàn)因振搗混凝土而有所波動(dòng)。

圖5 水平肋上測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變-施工進(jìn)程曲線(xiàn)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(yīng)變值比表3中相對(duì)應(yīng)的數(shù)值波動(dòng)大。原因是表3中的測(cè)點(diǎn)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(yīng)變和壓應(yīng)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(yīng)變達(dá)到一定數(shù)值后就基本不變。而圖5(b)是離鋼楞距離較遠(yuǎn)些的位置3和4處的應(yīng)變，更能真實(shí)反映混凝土澆筑過(guò)程中墻體模板的變形情況。水平肋上最大應(yīng)變雖達(dá)到2.245 52×10-3，但與塑料模板極限應(yīng)變相比，還有明顯富余。

表3 1～2測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

表4 3～4測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

2.3 豎直肋應(yīng)變分析

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

圖6 豎直肋上測(cè)點(diǎn)的施工進(jìn)程-應(yīng)變曲線(xiàn)Fig.6 Construction process-strain relationship of vertical rib

由圖6可看出：Y軸方向的應(yīng)變都以拉應(yīng)變?yōu)橹鳎０謇呤艿交炷羵?cè)壓力作用，應(yīng)變片Z軸方向應(yīng)變值大部分是負(fù)值。澆筑過(guò)程中受插入式振搗的影響，應(yīng)變有所波動(dòng)。大約在240 s時(shí)，第2次人工傾倒?jié)不炷?，拉壓?yīng)變?cè)黾右蚕鄳?yīng)較大。

表5 5～6測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

表6 7～8測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

從表6可看出，這4組數(shù)據(jù)在Y軸方向上的拉應(yīng)變較大，Z軸方向的應(yīng)變較小。說(shuō)明混凝土澆筑過(guò)程中，模板在兩個(gè)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(yīng)變達(dá)到1.946 91×10-3，與塑料模板極限應(yīng)變相比還有富余。

2. 4 端肋應(yīng)變分析

如圖7，15、16兩個(gè)位置處Z方向的應(yīng)變都是正值，XY方向是負(fù)值，而位置18處的Z軸和XY兩個(gè)方向的應(yīng)變都是負(fù)值；不僅與面板和肋沒(méi)有相似的變化趨勢(shì)，而且西側(cè)模板端肋16位置與相對(duì)應(yīng)的東側(cè)模板18位置上的應(yīng)變-施工曲線(xiàn)變化相反。

圖7 端肋的施工進(jìn)程-應(yīng)變曲線(xiàn)Fig.7 Construction process-strain relationship of end rib

表7 15～16測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

表8 17～18測(cè)點(diǎn)最大應(yīng)變值

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

2.5 撓度分析

為監(jiān)測(cè)混凝土澆筑過(guò)程中模板產(chǎn)生的撓度值，在模板上設(shè)置3 個(gè)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(jìn)程-撓度曲線(xiàn)，由于混凝土傾倒時(shí)對(duì)模板產(chǎn)生沖擊荷載，面板的撓度最大達(dá)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(cè)得的模板撓度值分別是1.34、2.25、2.27 mm。

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

實(shí)測(cè)模板的計(jì)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(duì)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(jì)算跨度的1/250”要求[4]，允許撓度為2.4 mm。實(shí)測(cè)撓度略小于允許撓度，可認(rèn)為撓度限值符合要求。

圖9 施工進(jìn)程-撓度曲線(xiàn)Fig.9 Construction process-deflection relationship

3 結(jié)論

1)模板面板主要是以拉應(yīng)變?yōu)橹?，豎直肋X軸方向是拉應(yīng)變，Z軸方向是壓應(yīng)變；水平肋Y軸方向是拉應(yīng)變，Z軸方向是壓應(yīng)變；而模板端肋處受力比較復(fù)雜，拉應(yīng)變與壓應(yīng)變都有。因此，設(shè)計(jì)中對(duì)整片塑料模板按雙向板計(jì)算外，尚應(yīng)對(duì)面板、水平肋，豎肋等部位分別進(jìn)行驗(yàn)算。

2)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)剪力墻結(jié)構(gòu)模板監(jiān)測(cè)，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(guò)程側(cè)壓力對(duì)模板產(chǎn)生的應(yīng)變值并沒(méi)有達(dá)到極限應(yīng)變，墻體模板的各關(guān)鍵部位處于安全范圍。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果看，相應(yīng)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(yīng)用[J].建筑管理現(xiàn)代化,2000(1):55-56.

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

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

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)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(xué)工業(yè)出版社，2012.

(責(zé)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(guó)家自然科學(xué)基金(51478119)；福建省科技廳項(xiàng)目(2015J01182)

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

TU712

A

1672-4348(2017)03-0210-05