林林　　鄭煥奇　　陳啟文　　唐黎　　冼漢光　　費(fèi)飛龍，2

（1廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 建筑材料研究所）

（2華南理工大學(xué) 材料學(xué)院）

（3廣州毅昌模板工程有限公司）

一種裝配式塑料模板的剛度、強(qiáng)度性能試驗(yàn)

林林1鄭煥奇1陳啟文1唐黎3冼漢光3費(fèi)飛龍1，2

（1廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 建筑材料研究所）

（2華南理工大學(xué) 材料學(xué)院）

（3廣州毅昌模板工程有限公司）

本文研究了在模板工程設(shè)計(jì)和施工實(shí)際受載情況的基礎(chǔ)上，考慮最不利情況下的荷載情況，相應(yīng)地計(jì)算出最不利荷載所對(duì)應(yīng)的剛度荷載和強(qiáng)度荷載，采用靜態(tài)荷載試驗(yàn)來對(duì)塑料模板進(jìn)行加載，檢測(cè)單塊模板、龍骨模板及組合模板在各加荷級(jí)數(shù)下的撓度值和模板在受載整個(gè)過程中的破壞情況，從而分析剛度荷載和強(qiáng)度荷載作用下，塑料模板的撓度值以及卸載后的殘余變形量，進(jìn)而得出該模板設(shè)計(jì)是否安全。

塑料模版；強(qiáng)度；剛度；撓度值；承載能力

1　引言

塑料模板是一種適用于工程施工的模板工程，具有施工速度快，周轉(zhuǎn)次數(shù)多，可全部回收等特點(diǎn)，節(jié)能減排，響應(yīng)當(dāng)下綠色環(huán)保的主題。近年來高層建筑增多，傳統(tǒng)模板已不能滿足實(shí)際工程的需求，模板工程的重要性日益突出。塑料模板是一種類似于鋁合金模板的模板體系，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制作標(biāo)準(zhǔn)化單元，到工地拼裝即可澆筑，耗時(shí)較使用傳統(tǒng)模板大大縮短，提高工程的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，塑料模板密封性好，成型后的混凝土表面較為致密，有益于混凝土的耐久性能。鑒于塑料模板的優(yōu)點(diǎn)，其在工程應(yīng)用有較好的前景。

隨著高層與大跨度混凝土構(gòu)件的日益增多，因支撐體系失穩(wěn)造成模板坍塌的事故屢見不鮮，嚴(yán)重影響了人員安全和工程進(jìn)度。為了在建筑工程中的應(yīng)用推廣，塑料模板體系安全評(píng)價(jià)顯得尤為重要，并成為其推廣應(yīng)用過程中的一項(xiàng)基礎(chǔ)性研究工作。本文在計(jì)算最不利荷載組合的基礎(chǔ)上，采用靜態(tài)荷載試驗(yàn)來模擬塑料模板在工程應(yīng)用的受載情況，從而評(píng)價(jià)其在實(shí)際工程中是否安全。

2　試驗(yàn)材料與方法

2.1原材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用塑料模板為廣州某模板工程有限公司提供規(guī)格為1000×500（型號(hào)88）、250×200（型號(hào)43）、200×200（型號(hào)33）的面板模板和1000×200的龍骨模板。

主要試驗(yàn)儀器為：萬能壓力機(jī)、支座、百分表、砝碼（標(biāo)定過的鋼錠）、卷尺等。

2.2試驗(yàn)方法

本文根據(jù)理論計(jì)算確定最不利剛度和強(qiáng)度的荷載，采用靜態(tài)荷載試驗(yàn)對(duì)塑料模板施加最不利荷載，測(cè)試該荷載作用撓度值，來分析塑料模板的剛度和強(qiáng)度。撓度值是材料在所受外力情況下不致影響使用功能時(shí)產(chǎn)生的最大彎曲變形值的數(shù)值。塑料模板彎曲變形時(shí)其橫截面形心沿與軸線垂直方向的線位移即為撓度值。

模擬單塊模板、龍骨模板和組合模板工程實(shí)際受載情況，采用均布荷載逐級(jí)加荷的方式，來獲得各加荷級(jí)數(shù)的撓度值及破壞情況。

2.2.1單塊模板、龍骨模板撓度試驗(yàn)方法

單塊模板的試驗(yàn)方法是將試件安放在支撐間距800mm的支座上，受荷載情況如圖1；在試件支點(diǎn)之間1/2，且離試件邊緣10mm處，各安放一塊百分表；在試件上施加0.1～0.2kN的預(yù)加荷載，將百分表調(diào)整到“零”位；按表1進(jìn)行逐級(jí)加荷，并記錄每級(jí)加荷后百分表的讀數(shù)，取算術(shù)平均值，計(jì)算最大撓度及殘余變形值，卸載后檢查并記錄試件破壞情況。取三塊試件做平行試驗(yàn)。

圖1　單塊模板（或龍骨模板）均布荷載示意圖

龍骨模板的試驗(yàn)可以參照單塊模板的試驗(yàn)方法，按照單塊模板的方式安放好試件，試件受荷載示意圖如圖1；不同的是龍骨模板試驗(yàn)的加荷順序和恒載時(shí)間與單塊模板試驗(yàn)有所不同，見表1。

2.2.2組合四塊模板撓度試驗(yàn)方法

組合四塊模板的試驗(yàn)方法是將六塊模板（其中左右兩邊的兩塊型號(hào)33模板面起固定作用）短邊拼接，安放在間距700mm的四個(gè)早拆頭支座上，受荷載情況如圖2；在試件支點(diǎn)之間1/2及試件寬度的1/2處，安放一塊百分表；在試件上施加0.1～0.2kN的預(yù)加荷載，將百分表調(diào)整到“零”位；按表1進(jìn)行逐級(jí)加荷，并記錄每級(jí)加荷后百分表的讀數(shù)，取算術(shù)平均值，計(jì)算最大撓度及殘余變形值；卸載后檢查并記錄試件破壞情況。取三塊試件做平行試驗(yàn)。

圖2　組合四塊模板均布荷載示意圖

表1　單塊模板、龍骨模板、組合四塊模板加荷順序及恒載時(shí)間

3　計(jì)算與結(jié)果分析

3.1載荷計(jì)算與分析

根據(jù)澆筑混凝土的實(shí)際情況和JGJ 162-2008《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》，本文通過考慮對(duì)剛度和強(qiáng)度最不利的荷載，采用靜態(tài)荷載試驗(yàn)，將該最不利荷載作用在試件上，測(cè)試撓度值和觀察破壞情況，分析試件在該荷載作用下塑料模板是否能滿足實(shí)際工程要求，從而評(píng)價(jià)其在工程應(yīng)用的安全。

3.1.1模板的荷載和荷載設(shè)計(jì)值

考慮到塑料模板尚未廣泛運(yùn)用于實(shí)際工程中，本文以澆筑厚度為0.15m的普通混凝土樓板為例。

永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)定取值如下，由于規(guī)范中沒有塑料模板自重，按塑料模板和支架的實(shí)際自重，采用塑料模板及其支架自重標(biāo)準(zhǔn)值G1=0.2kN/m2；澆筑普通混凝土樓板時(shí)混凝土自重可取24kN/m3，新澆筑混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值G2=24×0.15=3.6kN/m2；澆筑樓板用鋼量可取1.1kN/m3，鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值G3=1.1×0.15=0.165kN/m2，因此，樓板永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值為G1+G2+G3=3.965kN/m2。

可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值按規(guī)定取值如下，可取施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q1=2.5kN/m2；暫不考慮風(fēng)荷載，因此，樓板可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值為Q1=2.5kN/m2。

按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，模板荷載組合可從由可變荷載效應(yīng)控制或由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合中，選取最不利的組合作為荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值。

由可變荷載效應(yīng)控制的基本組合為：

S1=r0×［γG×（G1+G2+G3）+γQ×Q1］=0.9×［1.2×（0.2+24×0.15+1.1×0.15）+1.4×2.5］=7.43kN/m2

式中：

S1——由可變荷載效應(yīng)控制的基本組合；

G1——塑料模板及其支架自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

G2——新澆筑混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

G3——鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

Q1——鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

r0——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，按規(guī)定可取值0.9；

γG——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，按規(guī)定可取值1.2；

γQ——可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，按規(guī)定可取值1.4。

由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合為：

S2=r0×［γG×（G1+G2+G3）+γQ×ψ ×Q1］=0.9×［1.35×（0.2+24×0.15+1.1×0.7×0.15）+1.4×2.5］=7.02kN/m2

式中：

S2——由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合；

ψ——可變荷載的組合系數(shù)，數(shù)值為0.7；

γG——永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，按規(guī)定可取值1.35；

γQ——可變荷載分項(xiàng)系數(shù)，按規(guī)定可取值1.4。

G1、G2、G3、Q1、r0的意義如前文所述。

因?yàn)?S1＞S2，故荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值應(yīng)采用S=S1=7.43kN/m2。

3.1.2剛度計(jì)算與分析

以文中提到的單塊模板為例，該模板的型號(hào)是88，規(guī)格是 1000×500，試驗(yàn)跨度 800mm，根據(jù) JGJ 162-2008，由3.1.1可得剛度驗(yàn)算用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為G1+G2+G3=3.965kN/m2，不考慮施工人員及設(shè)備荷載作用，因此，單塊模板在最不利剛度情況時(shí)的剛度荷載：

N1=（G1+G2+G3）×A1=3.965×0.5×0.8=1.586kN式中，

G1——塑料模板及其支架自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

G2——新澆筑混凝土自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

G3——鋼筋自重標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

Q1——施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；

N1——單塊模板在最不利剛度情況時(shí)的剛度荷載（kN）；

A1——單塊模板實(shí)際承受荷載面積。

同理，可得龍骨模板（規(guī)格為1000×200，試驗(yàn)跨度800m）在最不利剛度情況時(shí)的剛度荷載：

N2=3.96×0.2×0.8+3.96×0.8×0.5×2=3.802kN

式中，N2——龍骨模板在最不利剛度情況時(shí)的剛度荷載（kN）。

同理，可得組合四塊模板（該試件由1000×500型號(hào)88、250×200型號(hào)43、200×200型號(hào)33組成，試驗(yàn)跨度700mm）在最不利剛度情況時(shí)的剛度荷載：

N3=3.96×0.2×0.7+3.96×0.5×0.7×2=3.326kN

式中，N3——組合四塊模板在最不利剛度情況時(shí)的剛度荷載（kN）。

將所得的剛度荷載加載到模板試件上，得出的相應(yīng)變形量即撓度值，與現(xiàn)有模板要求的變形量做比較，判斷模板在該剛度荷載作用下能否安全。

3.1.3強(qiáng)度計(jì)算與分析

以文中提到的單塊模板為例，該模板的型號(hào)是88，規(guī)格是 1000×500，試驗(yàn)跨度 800mm，根據(jù) JGJ 162-2008，由3.1.1可得剛度驗(yàn)算用的荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值為S=7.43kN/m2，因此，單塊模板在最不利強(qiáng)度情況時(shí)的強(qiáng)度荷載：

Na=S×Aa=7.43×0.5×0.8=2.97kN

式中：

S——荷載效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值（kN/m2）；

Na——單塊模板在最不利強(qiáng)度情況時(shí)的強(qiáng)度荷載（kN）；

Aa——單塊模板實(shí)際承受荷載面積。

同理，可得龍骨模板（規(guī)格1000×200，試驗(yàn)跨度800mm）在最不利強(qiáng)度情況時(shí)的強(qiáng)度荷載：

Nb=7.43×0.2×0.8+7.43×0.8×0.5×2=7.13kN

式中，Nb——龍骨模板在最不利強(qiáng)度情況時(shí)的強(qiáng)度荷載（kN）。

同理，可得組合四塊模板（該試件由1000×500型號(hào)88、250×200型號(hào)43、200×200型號(hào)33組成，試驗(yàn)跨度700mm）在最不利強(qiáng)度情況時(shí)的強(qiáng)度荷載：

Nc=7.43×0.2×0.7+7.43×0.5×0.7×2=6.24kN

式中，Nc——組合四塊模板在最不利強(qiáng)度情況時(shí)的強(qiáng)度荷載（kN）。

將所得的強(qiáng)度荷載加載到模板試件上，得出的相應(yīng)變形量，與現(xiàn)有模板要求的變形量做比較，判斷模板在該強(qiáng)度荷載作用下能否安全。

3.2試驗(yàn)結(jié)果與分析

表2　單塊模板、龍骨模板、組合四塊模板試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)

圖3　各類型模板加荷撓度值曲線

3.2.1單塊模板試驗(yàn)結(jié)果與分析

單塊模板的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2，其逐級(jí)加荷曲線見圖3。從加荷級(jí)數(shù)1至加荷級(jí)數(shù)5，隨荷載增加，撓度值呈現(xiàn)平穩(wěn)上升，且撓度值變化有加快的趨勢(shì)；當(dāng)加載至加荷級(jí)數(shù)5時(shí)，累積荷載達(dá)到最大值，即強(qiáng)度荷載，其數(shù)值為297kg，對(duì)應(yīng)的撓度值為3.042mm；從加荷級(jí)數(shù)5至加荷級(jí)數(shù)7，隨荷載減少至預(yù)加載的荷載，撓度值平穩(wěn)減小，試件均未出現(xiàn)破壞的情況，殘余變形值為0.010mm。

3.2.2龍骨模板試驗(yàn)結(jié)果與分析

龍骨模板的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2，其逐級(jí)加荷曲線見圖3。從加荷級(jí)數(shù)1至加荷級(jí)數(shù)5，隨荷載增加，撓度值呈現(xiàn)平穩(wěn)上升，且撓度值變化有減緩的趨勢(shì)；加載至加荷級(jí)數(shù)5時(shí)，累積荷載達(dá)到強(qiáng)度荷載，其數(shù)值為713kg，對(duì)應(yīng)的撓度值為4.246mm；從加荷級(jí)數(shù)5至加荷級(jí)數(shù)7，隨荷載減少至預(yù)加載的荷載，撓度值平穩(wěn)減小，試件均未出現(xiàn)破壞的情況，殘余變形值為0.230mm。

3.2.3組合四塊模板試驗(yàn)結(jié)果與分析

組合四塊模板的試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2，其逐級(jí)加荷曲線見圖3。從加荷級(jí)數(shù)1至加荷級(jí)數(shù)3，隨荷載增加，撓度值呈現(xiàn)緩和上升；在加荷級(jí)數(shù)2-6時(shí)，試件中型號(hào)43塑料模板間拼接處均出現(xiàn)肉眼可見縫隙；加載至加荷級(jí)數(shù)5時(shí)，累積荷載達(dá)到強(qiáng)度荷載，其數(shù)值為624kg，對(duì)應(yīng)的撓度值為13.423mm；從加荷級(jí)數(shù)5至加荷級(jí)數(shù)6，隨荷載減少，撓度值緩和減少；從加荷級(jí)數(shù)6至加荷級(jí)數(shù)7，隨著荷載減少至預(yù)加載荷載，撓度值減少加顯較快，試件均未出現(xiàn)破壞的情況，殘余變形值為0.009mm。

綜合以上幾種類型模板試件分析，從加荷級(jí)數(shù)1至加荷級(jí)數(shù)5，再?gòu)募雍杉?jí)數(shù)5至加荷級(jí)數(shù)7，組合四塊模板的撓度值變化的幅度和程度較單塊模板和龍骨模板顯著，其數(shù)值約為單塊模板的4倍，龍骨模板的3倍；加荷級(jí)數(shù)5時(shí)，組合四塊模板的強(qiáng)度荷載比龍骨模板小，但其最大撓度值明顯大于龍骨模板和單塊模板的最大撓度值，說明隨著組合模板的強(qiáng)度較單一塊模板的差。加荷級(jí)數(shù)7時(shí)，單塊模板和組合四塊模板的殘余變形值可以忽略不計(jì)，但龍骨模板的殘余變形值是較為顯著。

4　結(jié)論

本研究通過對(duì)單塊模板、龍骨模板和組合四塊模板等幾種類型的塑料模板做基礎(chǔ)性的試驗(yàn)檢測(cè)，初步探索得到結(jié)論如下：

⑴本文在模板工程設(shè)計(jì)和施工實(shí)際受載情況的基礎(chǔ)上，考慮最不利情況下的荷載情況，計(jì)算出該最不利荷載情況所對(duì)應(yīng)的撓度荷載和強(qiáng)度荷載，采用靜態(tài)荷載試驗(yàn)對(duì)塑料模板進(jìn)行加載，檢測(cè)模板在各加荷級(jí)數(shù)下的撓度值和受載過程中的破壞情況，分析剛度荷載和強(qiáng)度荷載作用下?lián)隙戎狄约皻堄嘧冃瘟?，來評(píng)價(jià)模板設(shè)計(jì)是否安全。本文研究的試驗(yàn)檢測(cè)方法在實(shí)際的操作是簡(jiǎn)便可行的，更貼近工程實(shí)際需求，但鑒于目前數(shù)據(jù)積累較少，需在今后逐步完善，更好更快地應(yīng)用于工程中。

⑵從龍骨模板和組合四塊模板的試驗(yàn)檢測(cè)情況來，單一塊模板的強(qiáng)度較高，但其殘余變形情況不如組合模板好，由于塑料模板的特點(diǎn)在于板與板之間通過快接件連接在一起，形成較好的受力條件，但對(duì)于組合模板需要增加支撐桿件。為了讓這種檢測(cè)方式更適用于塑料模板，在試驗(yàn)中更加準(zhǔn)確模擬出更多組合模板的拼接情況是下一步研究的重點(diǎn)?！?/p>

［1］JGJ 162-2008建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］張良杰.早拆模板施工技術(shù)及新型水平模板支撐系統(tǒng)應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2014，（5）：24-28.