于文杰 張安靜 竇國(guó)濤 谷洪亮

1.鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院土木建筑學(xué)院；2.河南黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心

1 教學(xué)背景

混凝土梁構(gòu)件實(shí)驗(yàn)作為土木工程專業(yè)非常重要的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課，涉及土木專業(yè)諸多課程和知識(shí)點(diǎn)，與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、土木工程材料、建筑構(gòu)造、結(jié)構(gòu)力學(xué)、建筑制圖、材料力學(xué)等課程直接有關(guān)，并涉及物理學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析、土木結(jié)構(gòu)檢測(cè)等內(nèi)容。

目前國(guó)內(nèi)開設(shè)土木工程專業(yè)的大部分院校由于實(shí)驗(yàn)條件和課時(shí)的限制，試件委托校外或校基建辦加工制作，成型后運(yùn)至結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室[1]。學(xué)生沒有參與實(shí)驗(yàn)過程，不清楚材料性能，試件制作的過程及其實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)安排需要考慮因素。

在混凝土梁的制作過程中模板的施工環(huán)節(jié)尤為關(guān)鍵，現(xiàn)有技術(shù)主要采用木模板，但其制作過程繁瑣復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率較低置；且木模板的制作中需要專業(yè)的設(shè)備，并對(duì)技術(shù)水平要求很高，學(xué)生架模和支模中存在較大的安全隱患。這些都影響了鋼筋混凝土梁類教學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開展，不利于學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)形成更加深刻直觀的認(rèn)識(shí)。

2 學(xué)生參與混凝土梁制作的重要性

學(xué)生自己動(dòng)手澆筑混凝土梁的過程，可以鞏固學(xué)生的理論知識(shí)、提高學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，充分了解混凝土梁構(gòu)件的制作工藝和相關(guān)儀器操作能力。學(xué)習(xí)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的基本力學(xué)性能和實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)試項(xiàng)目和要求；培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，加強(qiáng)對(duì)鋼筋混凝土計(jì)算理論的理解。

在混凝土單梁的制作過程中涉及知識(shí)點(diǎn)有：鋼筋下料與鋼筋籠制作、設(shè)計(jì)混凝土配合比、模板支護(hù)、拌和澆筑混凝土、混凝振搗、混凝土構(gòu)件和試塊養(yǎng)護(hù)、混凝土試塊強(qiáng)度檢測(cè)等。

學(xué)生自己制作實(shí)驗(yàn)用混凝土梁，由于后期需要加載破壞自己澆筑的混凝土梁，可以加強(qiáng)學(xué)生在制作混凝土梁時(shí)的積極性和責(zé)任心，又可使學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性得到充分調(diào)動(dòng)。通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生看過即忘，無法留下印象的弊端。又可加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的開放力度，整合并充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，讓學(xué)生能夠根據(jù)自己的課余時(shí)間安排進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室操作儀器儀表做實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生的第二課堂，將課堂知識(shí)與實(shí)驗(yàn)操作聯(lián)系在一起，獲得土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方面的實(shí)驗(yàn)操作知識(shí)和科研技能。

3 現(xiàn)有混凝土梁木模板的弊端

教學(xué)用混凝土梁主要采用木模板，由面板和支撐系統(tǒng)組成，面板是使混凝土成形的部分，支撐系統(tǒng)是穩(wěn)固面板位置和承受荷載的結(jié)構(gòu)部分[2]?；炷亮褐谱鬟^程中，現(xiàn)有的木模板制作過程復(fù)雜，需經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員測(cè)量放線、切割、電鉆、打釘?shù)?；擱柵、背楞輔助設(shè)施材料多且容易開裂。學(xué)生不能夠親自動(dòng)手操作，且模板制作繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、拆模困難。且重新拼裝時(shí)，板縫難于處理，不易于周轉(zhuǎn)使用；切割的質(zhì)量也不好,廢料處置和堆放占用大等，使用后還要處理板面?；炷亮耗灸０逯谱髁鞒倘缦拢簣D紙深化設(shè)計(jì)（配模圖、支撐體系）→模板及背楞切割→定位放線找平→模板打釘組裝。

4 組合鋼模板介紹

為了克服由于木模板支護(hù)繁瑣復(fù)雜導(dǎo)致的學(xué)生沒有親自動(dòng)手制作混凝土梁，本文提出一種快速組裝適合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種模板，可以在沒有專業(yè)設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員的情況下完成混凝土梁模板的組裝和脫模、不要需要其他輔助設(shè)備和工具。

本文所述組合鋼模板，采用Q235 鋼材，見圖1。主要部件有：底模板、側(cè)模板、模板堵頭、耳板、連接螺栓。整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用螺栓連接設(shè)計(jì)，耳板螺栓旋緊加強(qiáng)側(cè)模板連接，防止?jié)仓蟮幕炷了搅鲃?dòng)使兩側(cè)模板傾倒外翻。本組合鋼模板能可靠地承受澆筑混凝土的重量、側(cè)壓力以及施工振搗荷載[3]。利用組合鋼模板可以安全快速的組裝好的混凝土梁澆筑用模板，拆模方便，是一種可周轉(zhuǎn)使用的工具式模板。能滿足鋼筋混凝土梁教學(xué)實(shí)驗(yàn)用模板的要求，對(duì)設(shè)備和環(huán)境要求都很低，模板可周轉(zhuǎn)使用而不影響實(shí)驗(yàn)效果，而且方便學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

圖1 組合鋼模板拼裝圖

組合鋼模板，操作簡(jiǎn)單，一看既會(huì)，不需要倚仗一些外界的力量去控制混凝土拌和物，不占用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，組合好一個(gè)混凝土梁模板只需要幾分鐘，耗時(shí)短且沒有安全隱患。

5 組合鋼模板的實(shí)踐應(yīng)用

鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁的受彎實(shí)驗(yàn)是混凝土結(jié)構(gòu)課程中重要的基本實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)采用截面相同，但配筋不同的方式，讓學(xué)生參與少筋梁、適筋梁、超筋梁的受彎破壞實(shí)驗(yàn)。梁的截面相同，長(zhǎng)度也相同，方便學(xué)生對(duì)不同配筋率梁的破壞過程和破壞現(xiàn)象進(jìn)行比較。

綜合考慮結(jié)構(gòu)教學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、梁制作的操作性、吊裝搬運(yùn)的實(shí)操性，最終確定混凝土梁的截面尺寸為長(zhǎng)×寬×高=2800×120×180；強(qiáng)度等級(jí)C30混凝土，下部受力鋼筋HRB400Φ14；中間純彎曲段上部不配架立筋，箍筋：HPB235，Φ8@100mm；梁保護(hù)層厚度為20mm。

根據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的材料：PO32.5硅酸鹽水泥、粒徑為5mm～35mm連續(xù)級(jí)配粗骨料，經(jīng)測(cè)驗(yàn)細(xì)度模數(shù)為2.6 的機(jī)制中砂，配置坍落度要求為50mm～90mm，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差為5MPa的C30混凝土[4]。

嚴(yán)格按照GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的操作要求，經(jīng)鋼筋籠綁扎、組裝鋼模板并刷油、拌和澆筑混凝土并振搗密實(shí)，按照混凝土的室溫養(yǎng)護(hù)要求最終形成了實(shí)驗(yàn)所需的混凝土梁[5]。拆模后的混凝土梁構(gòu)件外觀平整、幾何尺寸準(zhǔn)確，板縫拼接密合、澆筑過程中沒有產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象。

根據(jù)GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試樣方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)混凝土梁澆筑時(shí)的伴隨試塊進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，試塊規(guī)格100mm×100mm×100mm，與混凝土梁同條件養(yǎng)護(hù)28 天的強(qiáng)度達(dá)到34.9MPa。混凝土強(qiáng)度滿足C30 混凝土強(qiáng)度要求，且有所提高[6]。在適筋梁的三分點(diǎn)處施加對(duì)稱集中荷載，梁的兩端簡(jiǎn)支在加載設(shè)備上，適筋梁破壞時(shí)的理論極限荷載為24.7kN，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試出的實(shí)測(cè)極限荷載為32kN左右，說明經(jīng)養(yǎng)護(hù)后的混凝土梁的強(qiáng)度滿足實(shí)驗(yàn)要求，鋼筋配置合理。組合鋼模板在混凝土梁的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅操作方便，且滿足實(shí)驗(yàn)加載破壞梁的強(qiáng)度要求，使用效果良好。

6 結(jié)束語

組合鋼模板在土木工程專業(yè)本科教學(xué)中具有很重要的意義：克服由于木模板支護(hù)繁瑣復(fù)雜導(dǎo)致的學(xué)生不能親自動(dòng)手制作混凝土梁。主要的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）可以在沒有專業(yè)設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員的情況下完成混凝土梁模板的組裝和脫模、不要需要其他輔助設(shè)備和工具。

（2）能滿足鋼筋混凝土梁實(shí)驗(yàn)教學(xué)用模板的要求，拆模方便，是一種可周轉(zhuǎn)使用的工具式模板。

（3）學(xué)生全程參與實(shí)驗(yàn)，避免了學(xué)生看過即忘，無法留下印象的弊端；又可加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的開放力度，整合并充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，讓學(xué)生能夠充分利用課余時(shí)間走入實(shí)驗(yàn)室。