方墩模板侧压力试验研究与机理分析

CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY

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方墩模板侧压力试验研究与机理分析1222李海，尚文国，刘丹娜李核，（1．沈阳工业大学建筑工程学院，辽宁北京100024）沈阳110870；2．中交路桥北方工程有限公司，

［摘要］采用智能弦式数码压力系统对方墩模板在混凝土浇筑的过程中进行了现场原位试验研究，揭示了模板最大侧压力的形成特点和规律；通过对现场实测数据与理论计算最大侧压力的分析，说明了规范中最大侧压力计算公式在该工程中的局限性。

［关键词］最大侧压力；模板；混凝土；压力盒［U445中图分类号］

［文献标识码］A

［8498（2015）S0-0537-03文章编号］1002-

TheExperimentStudyandMechanismAnalysisof

SquareMoundFormworkLateralPressure

LiHe1，LiHai2，ShangWenguo2，LiuDanna2

（1．CollegeofCivilEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang，Liaoning110870，China；

2．ChinaCommunicationNorthＲoadandBridgeCo．，Ltd．，Beijing100024，China）

Abstract：Eachotherblockformworkstringtypeintelligentdigitalpressuresystemintheprocessofconcretepouringin-si-tuteststudywascarriedout，whichrevealsthemaximumformationcharacteristicsandregularityofthelateralpressureform-work．Basedonfieldmeasureddataandtheanalysisofthetheoreticalcalculation，applicationofthemaximumlateralpres-surecalculationformulahassomelimitsintheproject．

Keywords：themaximumlateralpressure；formwork；concrete；pressurecell

1

工程概况

监测对象为中交路桥北方工程有限公司贵州道安22标段苏家湾大桥左幅8号方墩，墩柱底面长6．5m，

3

宽2．2m，墩高4．5m，合计64．35m。采用C40混凝土：

推力，但这种推力不是永久的，而是一个动态变化过程。混凝土浇筑初期，由于振捣的作用，混凝土此时的液化达到最大状态，此时侧压力呈线性分布，满足静水压力分布规律；但当混凝土达到初凝状态时，由于体积的缩小，侧压力会有所降低，但是不会立即消失；最后当混凝土完全凝固时，由于此时混凝土水化热反应剧烈导致体积膨胀，从而模板侧压力表现为由混凝土体积增加而形成的约束反力。3

监测方案与测点布置

压力监测采用智能弦式数码压力盒（自带测量混凝土实时温度系统），压力盒沿墩柱方向共埋设6层，分别布置了3列：650cm×450cm居中位置，靠边位置220cm×450cm一列，各一列，共计18个压力盒，具体间距如图2所示。

终凝时坍落度145mm、初凝时间6h20min（t0=6．33h）、

3

无缓凝剂。混凝土浇筑间8h40min、密度2460kg/m，

开始时间2014年7月27日14：17，浇筑完毕时间2014年7月27日22：00。19：05—19：37工人休息，因此浇筑时间为7h11min，浇筑速度为0．626m/h，该方墩的如图1所示。

图1模板示意

2模板侧压力基本原理

混凝土在浇筑过程中，必然会对侧模产生向外的

图2

压力盒具体间距（单位：cm）

E-mail：mike_lh@126．com［作者简介］李核，硕士研究生，

［12-16收稿日期］2014-

压力盒绑扎于钢筋上，平行于模板内模，为了保

538施工技术2015增刊

证压力盒在测试过程中的稳定性，故将压力盒绑扎在横、纵钢筋的交接处，所以出现了压力盒间距不相等的情况。4

各测点监测结果以及分析

方墩的浇筑从14：17开始，到22：00浇筑完毕。从浇筑开始，便开始了随后一系列跟踪监测。对于压力盒，每15min记录1压力盒的数值变化情况。

现场压力盒数据的观察：刚开始时，由于混凝土的冲击力较大，最底层的压力盒数据变化波动较大，数据变化不是很稳定；随着浇筑的进行，底层的混凝土开始了水化热反应，压力也逐渐变大。浇筑完毕后，此时各层的压力盒开始了比较均匀的压力变化，压力盒显示的温度也在逐步增加，表明水化热反应剧烈，最高温度达到70℃，此时对模板的侧压力也比较大，最大值达到了0．083MPa；浇筑完8h，最底层的混凝土已经达到了初凝状态，压力值和温度较为稳定；浇筑20h后，各层的压力盒数据值较之前最大数值有所下降，但都比较稳定，基本无大的变化。4．1

最大侧压力随时间的变化关系

由于测点比较多，在此不一一做出每个测点的压力随时间变化图，通过实时监测发现，在650cm×450cm面上，测点3（即压力盒3）所监测的侧压力值最大，达到了0．083MPa，此监测点侧压力与时间变化曲线如图3所示。

渐增大，起到了“自立”和“起拱”的作用，因此模板侧压力变小；随着混凝土的继续凝结硬化，水泥水化放出较大的热量，混凝土内部的温度急剧升高，混凝土又是热的不良导体，散热较慢，因此在大体积混凝土内部的温度比外部高，这将使内部混凝土的体积产生较大膨胀，模板侧压力增加，到19．9h初凝结束后略有下降。4．2

同一位置不同高度侧压力随时间的变化试验分别同时测了3个竖向位置的模板侧压力变化，图4～6分别描述了在浇筑混凝土时，不同高度模板侧压力随时间的变化关系。

图4正面居中位置侧压力与时间的关系

图5正面靠边位置侧压力与时间关系

图3正面居中测点3侧压力随时间变化曲线

压力盒从埋入混凝土到形成最大值共计耗时16．8h；从3h到3．5h进行振捣，模板侧压力增加；从4．7h到5．2h工人休息，中断浇筑，从图中可看出当混凝土中断浇筑时测点侧压力值基本没有变化；随着混凝土在测点的继续浇筑，侧压力基本呈线性增加，基本满足静水压力分布规律；直至7．6h浇筑完毕，侧压力达到浇筑过程中的最大值；浇筑完毕，模板侧压力略有下降，之后基本不变；直到11．6h初凝开始，模板的侧压力发生显著变化，混凝土发生收缩，水泥浆逐渐失去塑性，以及混凝土受到重力的作用逐渐密实，并在内部产生抗剪强度，同时混凝土与模板之间的黏结力也逐

表1

墩号左幅8号方墩

GB50204

—9262．4

冶金建研究所65．65

图6侧面居中位置侧压力与时间关系

从图4中可以看出，不同高度监测点的侧压力的变化曲线基本相同，第1层处的压力盒只监测了1组数据，原因是压力盒损坏；越靠近模板的上部侧压力越小，但第3层监测点处的模板侧压力的峰值大于第2层监测点的峰值，但在浇筑的过程中第2层监测点的峰值大于第3层监测点的峰值，可推断出有效压头的位置可能位于第2层监测点与第3层监测点之间；观察在4．7～5．2h，由于浇筑暂停，模板侧压力基本都保持不变，浇筑过程中，模板侧压力具有较好的线性度，浇筑完毕直至初凝开始，测压力略有下降，初凝时达到最小值，随着混凝土的凝结硬化，直到终凝，模板侧压

kN

ACI3447

—784．46

前苏联CHN—15—76

33．05

GBJ204—834．27

规范计算的混凝土对模板的最大侧压力统计

GB50666—201188．22

JTJ268—9645．49

SEI/ASCE37

—0263．22

TZ203—20084．09

2015增刊李核等：方墩模板侧压力试验研究与机理分析539

力逐渐升高，达到模板侧压力的峰值，此时，要特别注意对模板侧压力的监测。第4～6层监测点压力值明3层监测点压力显小于第1～3层监测点压力值，第2，值是第4～6层监测点压力值的2．5倍。

图5正面模板靠边位置的侧压力在不同高度上监测点的侧压力随时间的变化曲线的形状也基本相同，变化情况和上面的也基本相同，但其侧压力的峰值及在浇筑过程中的最大侧压力均位于第2层监测点处。随着高度的增加，监测点处的侧压力逐渐降低，第六层监测点处的侧压力最小，初凝开始时出现侧压力最小6层监测点压力值明显小于第1，2层监测点点。第5，

2层监测点压力值是第5，6层监测点压压力值，第1，力值的2．5倍。

图6侧面模板的侧压力随时间的变化情况与正面模板的侧压力随时间的变化情况非常相似，随着浇筑高度的变化，侧压力的峰值在各监测点之间不断变化，主要集中在第2层监测点处和第3层监测点处之间变化，可推断有效压头的位置可能位于第2层监测点至第3层监测点之间。第4～6层监测点压力值明显小于第1～3层监测点压力值，第1～3层监测点压力值是第4～6层监测点压力值的1．33倍。5

对现行规范在模板中的适用性分析

《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162—2008、《混GB50204—92、《公路凝土结构工程施工及验收规范》

JTJ041—2000、、《客桥涵技术规范》冶金建研究所规范TZ203—2008、货共线铁路桥涵工程施工技术指南》

《混凝土结构工程施工规范》GB50666—2011、《水运工JTJ268—96、《水利水电工程模板程混凝土施工规范》

DL/T5110—2000、SEI/ASCE37—02美国工施工规范》

《结构施工荷载规范》、ACI3447—78《美国混程师协会

、1976前苏联CHN-15-76、《钢筋混凝土工程凝土协会》

GBJ204—83均对新浇混凝土对模板施工及验收规范》

GB50204—的侧压力有明确的公式，除JGJ162—2008，92，JTJ041—2000，DL/T5110—2000完全相同外，其他规范侧压力计算公式则各不相同，表1分别计算出了在不同规范下的最大侧压力值。

规范公式计算的侧压力应与初凝前最大侧压力进行比较，观察图5可知初凝前最大侧压力为48kPa。由表1可知。

1）按规范TZ203—2008，ACI3447—78，GBJ204—83计算结果很小，对于浇筑速度较小，浇筑高度为4．5m，浇筑体积较大的混凝土，在浇筑时对模板侧压力的计算这3个规范都不适用；按规范GB50204—92，

JTJ268—96，（前苏联）CHN—15—76，计算模板的侧压力比实测值均偏小，设计结果不是很安全，这说明在此模板中以上6个规范的适用性值得商榷。

2）按冶金建研究所的规范计算结果与实测值较为接近，该公式考虑了混凝土的初凝时间和浇筑速度两个主要因素，此结果为后续的模板侧压力计算公式的修正提供了思路。

3）按规范GB50666—2011，SEI/ASCE37—02计算结果与实测值相比偏大，在设计计算时偏于保守，过于浪费材料。7

结语

1）该工程实例中，根据压力盒监测的数据表明，模板侧压力开始呈线性增加，基本符合静水压力分布规律；到达第1个峰值后，缓慢减小一段时间；随着水化热反应进行，侧压力又缓慢到达第2个峰值（大于第1峰值）。

2）通过分析同一位置、不同高度上的压力盒数据表明：总体来看，比较3个位置，混凝土侧压力在整个浇筑高度的下半部分明显比上半部分要大，而且最大侧压力基本出现在1．13～1．81m的浇筑高度处，这样就可以为模板设计优化提供依据。

3）分析数据得知：在初凝之前，3个位置分别在1．83，1．13，1．12m处测得最大侧压力值，由此可判断，有效压头高度（自浇筑面标高以下）可能在2．6～3．38m。

4）根据实测值与规范值的比较，两者相差较大，可以对规范公式提出修改建议。

参考文献：

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