新浇混凝土模板侧压力的测试与计算研究

江苏建筑　２０１２年第４期（总第１４９期）　新浇混凝土模板侧压力的测试与计算研究　吴远东－．郭正兴２包伟　（・金湖县建设工程质监站，江苏金湖２１１６００；。东南大学土木工程学院。江苏南京２１００９６；　３镇江市规划设计研究院。江苏镇江２１２００４）　［摘　要】　对现行模板侧压力计算公式存在的问题和当前施工条件下影响模板侧压力的重要因素进行分析。通过时某工　程的墙柱模板侧压力的测试．推导出最大侧压力与浇筑速度的幂函数关系。讨论侧压力受振捣的影响程度及其随时间的变　化趋势。考虑浇筑速度，入模温度和外加剂的影响，提出简化的模板侧压力计算公式。　【关键词】　模板侧压力；振捣；浇筑速度　【中图分类号】ＴＵ３７５．２［文献标识码】Ａ［文章编号】ｌ０ｏ５—６２７０（２Ｏ１２）０４—００６６—０４　Ｔｅｓｔ　ａｎｄ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｒｅｓｈ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｆｏｒｍｗｏｒｋ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ＷＵ　Ｙｕａｎ—ｄｏｎｇ　ＧＵＯ　Ｚｈｅｎｇ－ｘｉｎｇ￣ＢＡＯ　Ｗｅｉ　（１．Ｊｉｎｈｕ　Ｃｏｕｎｔｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ　Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｊｉｎｈｕ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１　１６００　Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１００９６　Ｃｈｉｎａ；　３．Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ　Ｕｒｂａｎ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２１２００４　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｆｏｒｍｗｏｒｋ　ｌａｔｅｒａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｆｏｒｍｗｏｒｋ　ｌａｔｅｒｌ　ｐｒａｅｓｓｕｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｏｆ　ｆｏｒｍｗｏｒｋ　ｌａｔｅｒｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｂｙ　ｆａｒｅｓｈ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｏｆ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｒａｔｅ，ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｌａｔｅｒａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔａｋｅ　ｔｈｅ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｒａｔｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ａｄｍｉｘ—　ｔｕｒｅｓ　ｉｎｔｏ　ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｆｏｒ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｆｏｒｍｗｏｒｋ　ｌａｔｅｒａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｍｗｏｒｋ　ｌａｔｅｒａｌ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｃａｓｔｉｎｇ　ｒａｔｅ　０前言　用机械振捣．泵送混凝土的浇筑速度远远高于６　ｍ／ｈ，坍落　度一般都在１５０　ｍｍ以上．在浇筑初期混凝土呈流体状。由　于采用高压泵．对模板的水平冲击荷载比较大，采用该公式　随着建筑行业的发展．泵送混凝土浇筑方式已成为施　工现场主要的浇筑方式　由于使用的预拌混凝土具有自身　的优势．以及泵送混凝土特殊的浇筑方式．使得采用现行规　范中新浇筑混凝土对模板侧压力的设计公式所计算的压力　进行侧压力计算显然是不合适的。　２０世纪８０年代初冶金研究院对应用钢模板泵送混　凝土工艺的ｌ４个工程进行测试并对数据进行回归分析．提　出ｐ一＝Ｏ．３２ｙｔＶ￣，该公式适用于混凝土的有效压头ｈ≤浇筑　总高度日．当ｈ＞Ｈ时取ｈ＝ＨｔＺ￣。公式中主要考虑到混凝土的　初凝时间和浇筑速度。初凝时间同外加剂，配合比，混凝土的　入模温度和环境温度有关．由于混凝土入模温度对模板侧压　力的影响最终也要归结为对混凝土温度的影响．所以对初凝　值可能偏于不安全．本文在现有相关规范和文献研究的基　础上【ｌ　．通过试验手段对泵送混凝土在浇筑时产生的侧压　力进行分析研究．并给出了计算新浇混凝土模板侧压力的　建议公式　１　我国现行计算模板侧压力考虑的因素及存在的问题　国内现行计算模板侧压力的依据主要有２个．《混凝　土结构工程施工及验收规范》（ＧＢ５０２４—９２）（以下简称规　范）以及冶金研究设计院对多个泵送混凝土工程的总结后　提出的建议公式　时间影响的主要因素是混凝土入模温度　但是从拟合该公式　的数据看。采用分层浇筑，浇筑高度为３　ｍ￣４．８　ｍ，浇筑速度　４．５　ｍ／ｈ　７．２　ｍ／ｈ之间．与现在浇筑速度相差很大。　规范中Ｆ＝０．２２Ｔｇ４３　主要考虑了外加剂，坍落度的　２现行计算模板侧压力时应该考虑的因素　影响，公式体现了浇筑速度对模板侧压力的控制作用．但是　该公式只适用于浇筑速度在６　ｍ／ｈ．坍落度小于１５０　ｍｍ．采　用内部振捣的情况【ｌ】。以往混凝土采用是现场搅拌．手推车　或塔吊运输，采用分层浇筑以便于人工振捣密实　而如今采　【收稿日￣］２０１２．０５．０２　【作者简介】吴远东，男，金湖县建筑工程质监站，高级工程师。　分析显示．线性方程的复相关系数为Ｒ２＝０．８８４４８，分　析得到Ｆ统计值为４５．９４远大于显著水平０．Ｏ５（即保证率　为９５％）的Ｆ临界值５．９９．说明侧压力与浇筑速度取对数　后方程的线性关系显著．同时　统计量为６．７８大于显著水　平为Ｏ．０５的　临界值２．４５，即反映ｌｇ（　）对ｌｇ（Ｐ）的增加值　影响显著。对方程２进行残差分析（如表２），最大正偏差　０．０１６．最大负偏差一０．０１７．为了使测试点的结果更多的落在　拟合方程的预测值内．对方程２进行修正．即　ｙ＝０．１６１４ｘ＋１．７１３５＋０．０１７＝０．１６１４ｘ＋１．７３０５　（３）　此时则有　Ｊ口＝５３．７６５Ｖ　（４）　４．２振捣对侧压力的影响　从测试数据可以看出Ｚ１．Ｚ３和Ｚ６虽然浇筑速度有差　别．但是最大侧压力却相同，这是由于泵送混凝土对坍落度　要求比较大．一般在１５０　ｍｍ以上，再加上采用机械振捣，　表２　残差分析　在强振捣的情况下加速其“液化”．使得混凝土在浇筑过程　中侧压力接近于按照流体静压力规律分布．最大值达到　９６．８％静水压力值。　对浇筑过程中振捣和浇筑完成后重振捣的比较可以发　现，６号柱从底往上个测点侧压力增幅１４　ｋＮ／ｍ　，１２　ｋＮ／ｍ　，　图４振捣影响下３号柱侧压力变化曲线　６　ｋＮ／ｍ　。１　ｋＮ／ｍ　，１　ｋＮ／ｍ２。而３号柱在整体浇筑完毕后重　振捣时，增幅８　ｋＮ／ｍ２，５　ｋＮ／ｍ２，４　ｋＮ／ｍ２，３　ｋＮ／ｍ２，２　ｋＮ／ｍ２。　这主要由于浇筑完毕后由于振动棒深入有限．所以底部测　点的增幅明显变小．完成之后重振捣的侧压力增幅明显小　于浇筑过程中的增幅　４．３侧压力随时间的变化情况　随着浇筑不断进行，各个测点的侧压力近似直线增　江苏建筑　２０１２年第４期（总第１４９期）　图５　振捣影响下６号柱侧压力变化曲线　长．３号柱和６号柱分别在第５　ｍｉｎ和５．５　ｍｉｎ达到最大压　力值．之后曲线平缓下降．这时的混凝土仍未达到初凝状　态．最大侧压力有所下降是因为底层浇筑的混凝土由于振　捣变得密实．并在内部产生抗剪强度，同时混凝土与模板之　间的粘结力也逐渐增大．起了“自立”和“起拱”闭作用，而且　此时上层振捣对底层混凝土影响变小．所以模板侧压力逐　渐变小　图６　４号柱侧压力随时间的变化情况　随着浇筑高度的不断增加。模板侧压力呈直线增长。　图８中对其中１个柱子的数据进行拟合．可以看出用图中　的直线可以进行描述模板侧压力的分布．复相关系数为　０．９９８　４．标准误差为０．０５８．说明用该直线可以很好的描述　模板侧压力的分布．这和以往的混凝土侧压力计算图形不　一致。６根柱子除了ｚ４外浇筑速度都在３０　ｍ／ｈ以上．采用　泵送混凝土坍落度大，在机械振捣下，混凝土流动性好，此　时的有效压头等于混凝土浇筑速度与初凝时间的乘积．即　＝ｔ０Ｖ，取混凝土入模温度１５℃，则有ｔｏ＝６．６７　ｈ，此时有效压　头ｈ远大于浇筑高度．所以侧压力分布曲线基本遵循流体　静水压力的分布规律．最大的侧压力与静水压力的比值分　别为：９０．６％，９２．７％，９Ｏ．６％，９５．８％。９７．９％，９５．８％。　图７　６号柱侧压力随时间的变化情况　江苏建筑　２０１２年第４期（总第１４９期）　注：表中超过Ｐ＝３＇ｈ＝９６　ｋＮ／ｍ２要按９６　ｋＮ／ｍ２取值　而墙模板最大的侧压力与静水压力的比值８５．４％．　７９．２％，从图８中可以看出曲线有明显的拐点．主要是因为　墙浇筑速度比较慢．浇筑后期底部混凝土脱离强振捣区域．　有了一定“自立”能力，而且墙截面比较小等原因的影响下．　有效压头降低，侧压力变小．底部混凝土达到最大侧压力后　逐渐变小。　５最大侧压力公式　。　－　＼＼　０　２０　４０　６０　８Ｏ　１０Ｏ　侧压力（ｋＮ／ｌｉｌ｜）　＋净水压力线　＋试验值　一线性（试验值）　图８模板侧压力分布图　当浇筑高度比较高时。浇筑时间比较长，施工时可能　需要分层．虽然混凝土未达到初凝．但是由于模板尺寸、配　筋、混凝土本身的物理性质施工方法等都可能影响有效压　头，所以引入Ｏｔ来考虑众因素的影响，即：＾＝嘲Ｄ　∽　Ｐ＝，ｌａｔｏＶ（ｘ）　（５）　取混凝土重度为２４　ｋＮ／ｍ３．初凝时间和混凝土温度有　密切关系，推导公式时取ｔｏ＝６，联合方程（４）和（５）ｌ￣ｐ　－Ｉ得　ｎｏｔＶ（　）＝Ｏ．３７３Ｖ　‘　Ｐ＝Ｏ．３７３ｙｔ０Ｖ“ｌ６ｌ　为了计算方便和安全可靠将上式简化为：　／２－＝０．３６ｙｔｏＶ￣￣　（６）　初凝时间按现行规范公式　＝　计算。该推导公　式同其他几个国家的规范进行对比（表３）可以发现。采用　推导的简化公式所计算的数值和实测值接近．而其他各规　范同实测值相比误差较大　６结语　本文通过对国内计算模板侧压力的经典公式进行总　结，分析对模板测压力的各个影响因素。并根据现场测试，　得出以下结论：　（１）采用泵送混凝土浇筑。由于不分层浇筑。浇筑时　间比较短．采用机械振捣．新浇筑的混凝土能够充分“液　化”。使得模板侧压力分布接近于流体静水压力分布，压力　分布图呈直线而不是之前的折线　（２）采用泵送混凝土在浇筑过程中浇筑速度比较快，本　次测试中最小浇筑速度为１０　ｍ／ｈ．最大浇筑速度为４０　ｔｒｄａ．　对各个测试数据进行拟合Ｐ＝５３．７６５Ｖａ１６“．用该公式来描述　最大侧压力和浇筑速度的关系．为了便于工程使用．对公式　进行简化为ｐ＝０．３６ｒｔ。Ｖ０－２该公式适合于混凝土浇筑高度较　高．浇筑速度超过现行规范即６　ｍ／ｈ时使用。由于采集数据　的有限性．对浇筑速度较快的泵送混凝土的侧压力测试还　应进行试验以得到更为准确的计算公式。　参考文献　【１】ＳＡＮＤＯＲ　ＰＯＰＯＶＩＣＳ．新拌混凝土【Ｍ】．北京：中国建筑　工业出版社．１９９０　【２】ＢＳ　５９７５：１９９６，Ｃｏｄｅ　ｏｆ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｆｏｒ　ｌｆａｓｅｗｏｒｋ［Ｓ］．２００４．　【３】ＳＥＩ／ＡＳＣＥ３７—０２，Ｄｅｓｉｇｎ　Ｌｏａｄｓ　ｏｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　Ｄｕｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｉｔｏｎ［Ｓ］．　［４】ＡＣＩ３４７—０４，Ｇｕｉｄｅ　ｔＯ　Ｆｏｒｍｗｏｒｋ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ［Ｓ］．　［５】成国强，刘松林．泵送混凝土对模板侧压力分析ｏ】．兰州　铁道学院学报．１９９８　ｆ２）：２１—２７．　【６】崔宏．泵送商品混凝土模板体系的探讨Ｕ】．辽宁建材，　２００３（２）：２６—２７．　ｒ７１崔凯，田光宇．浅谈泵送混凝土影响模板侧压力的因素　Ⅱ】．黑龙江科技信息，２００４（５）：１２６—１２６．　［８胡玲校．８］混凝土对模板的侧压力叫．许贤放，译．国外建筑　科学．１９９１０）：４４－５５．