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自承式鋼模板系統(tǒng)性能試驗和設(shè)計方法研究

作者： 李文斌 高長喜 錢磊 童根樹    
時間：2010-08-13 19:22:03 [收藏]

    關(guān)鍵詞：自承 鋼模板 系統(tǒng)性

    摘要 通過將樓板的上層鋼筋和樓板底部配筋用直徑為3~6mm的細鋼筋作為腹桿焊接連接，形成桁架， 并在底部焊接一層厚度為0.4～0.6mm的薄鋼板，就可以節(jié)省施工節(jié)點的模板費用，加快施工進度。
         這種樓板施工方法稱為自承式模板。本文對自承式模板在施工階段的撓度和鋼筋應(yīng)力進行了試驗， 驗證了施工階段可以采用上下弦連續(xù)的桁架計算模型，對正常使用階段的樓板剛度和極限承載力也進行了試驗研究，結(jié)果表明，自承式模板的樓板，由于在施工階段樓板混凝土和鋼筋自重在混凝土內(nèi)不產(chǎn)生應(yīng)力，這種樓板的使用狀態(tài)下基本不開裂，和普通支模板的混凝土樓板相比可以改善了抗裂性能，使用階段樓板的剛度也比普通混凝土樓板大。但是極限承載力和普通樓板相同。
    關(guān)鍵詞 樓板，自承式模板

            為充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)施工周期短的優(yōu)點，多高層鋼結(jié)構(gòu)樓板一般采用肋高51和76mm，板厚0.8～1.2mm的壓型鋼板的組合和非組合樓板。在目前我國的經(jīng)濟水平下，采用這種樓板造價偏高；而且樓板厚度比現(xiàn)澆混凝土樓板厚20～30mm，使得建筑樓層凈高降低；樓板下表面不平整。因此開發(fā)其他樓板體系具有廣泛的市場前景。
            本試驗的自承式模板系統(tǒng)，利用混凝土樓板的上下層縱向鋼筋，與彎折成形的小鋼筋焊接，組成能夠承受荷載的小桁架，在橫向布置彎折成形的鋼筋，布置在縱向桁架上面，橫向鋼筋底部與薄鋼板焊接，組成一個在施工階段能夠承受濕混凝土及施工荷載的結(jié)構(gòu)體系。在使用階段，鋼筋桁架成為混凝土樓板的配筋，能夠承受使用荷載。該自承式鋼模板力學(xué)模型簡單直觀，設(shè)計方便。施工前可根據(jù)板的跨度和荷載情況設(shè)計并預(yù)制鋼骨架；施工中板與板之間相互扣接；省去模板，施工方便。它具有

    預(yù)制板的施工快速的優(yōu)勢，又具有現(xiàn)澆板整體剛度大，抗震性能好的優(yōu)點，因而具有廣闊的使用前景。
            本文對自承式單跨簡支單向鋼模板在施工階段與使用階段的受力性能以及極限承載能力進行了試驗研究，驗證了施工階段自承式鋼模板設(shè)計的理論計算模型。
    1 試件和試驗裝置
    1.1試件
            試驗采用單跨簡支單向鋼模板。試件有A、B兩組，圖1是試件示意圖，圖2是構(gòu)造尺寸。

    \
    \
    A組試件四個，寬度為600mm，跨度3m。上下縱向鋼筋軸線距離為58mm，下部縱向鋼筋中心下部縱向鋼筋中心離底部鋼板25mm。試件底部鋼板為帶肋鋼板，厚度為0.4mm；腹桿和橫向鋼筋分別為5mm和4mm的冷拔低碳鋼絲；端部豎桿鋼筋為φ12；上下縱向鋼筋均為φ12。
        B    組試件三個，寬度為600mm，跨度3.6m。上下縱向鋼筋軸線距離為77mm，下部縱向鋼筋中心離底部鋼板25mm。試件底部鋼板為帶肋鋼板，厚度為0.4mm；腹桿和橫向鋼筋分別為5mm和4mm的冷拔低碳鋼絲；端部豎桿鋼筋為φ12；上部縱向鋼筋為φ14，下部縱向鋼筋為φ12。

    1.2試驗裝置和加載方案
    a施工階段：
            樓板的四周架設(shè)槽鋼[20作模板，澆注混凝土。在以下過程中：澆筑混凝土→跨中處施加集中活荷載（1.5kN）→卸載→五等分點處施加集中活荷載（A組0.56kN，B組0.67kN）→卸載，分別記錄跨中撓度和各測點應(yīng)變，并觀測是否有其他異?，F(xiàn)象。加載方式如圖3。
            在試驗中，試件中每排鋼筋片的端部豎桿和腹桿、中部（或接近中部）上下縱向鋼筋布置應(yīng)變片，
    \
    共6（或7）片（**在有腹桿或橫向鋼筋通過的中部，應(yīng)變片在中點兩邊各布置一應(yīng)變片，否則只在中點處布置一只應(yīng)變片）。在每個試件的跨中（或接近跨中）鋼板底部布置百分表側(cè)撓度，共四個。應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集使用YJR-5型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀。
    b承載力試驗階段：
       用千斤頂進行兩點分級加集中荷載，直至樓板破壞。加載簡圖如圖4。在樓板的跨中和支座處設(shè)置百分表，共3×2＝6個，如圖5；板內(nèi)應(yīng)變片布置圖見圖2。

    \
     
    \
    2試驗結(jié)果及分析
    2.1施工階段的試驗
    A 跨度為3m的A組模板施工階段的試驗
    1）理論計算結(jié)果
            模板鋼筋骨架在施工階段的變形至關(guān)重要。兩端簡支的自承式鋼模板一般由施工階段控制設(shè)計。施工階段鋼筋骨架的計算模型采用斜腹桿鉸接，上下縱向鋼筋連續(xù)的模型，不考慮底部薄鋼板的作用。不考慮鋼模板作用，是因為鋼模板并未與縱向鋼筋連接，鋼模板僅僅是通過橫向鋼筋與鋼模板點焊連接，且離下弦有25mm的距離。
            計算采用的荷載為樓板自重（按照實際澆注的重量）以及與兩種活荷載分別疊加等3種情況。由于是施工階段，主要關(guān)注的是撓度，因此未考慮荷載分項系數(shù)。A組上下縱向鋼筋軸線間距為58mm。實際澆注后模板下?lián)?，樓板跨中實際厚度為125mm，支座處105mm，樓板平均厚度115mm。鋼筋的彈性模量取2.1N/mm2。
    2）理論模型的合理性分析：
            理論和實測值的對比見表1～表4。由表可見，試驗所測得的跨中撓度值、下上弦縱向鋼筋應(yīng)變值和腹桿鋼筋應(yīng)變值與相應(yīng)理論值的對比可見，所采用的小桁架模型是合理的，有很高的精確。結(jié)果表明這一模型是合理的。

     表1 撓度測試值             
                  
    平均值(mm)         
    理論值(mm)  
    試件編號  
    1  
    2  
    3    
    4   
    澆注完畢后 
    12.24 
    12.69 
    12.41 
    12.33 
    11.54 
    誤差（％） 
    6.0934 
    9.9939 
    7.567 
    6.8735 
    集中活荷載 
    17.20 
    17.15 
    17.49 
    17.49 
    16.97 
    誤差（％） 
    1.3434 
    1.0488 
    3.0521 
    3.0521 
    均布活荷載 
    16.98 
    17.65 
    17.50 
    17.35 
    17.06 
    誤差（％） 
    -0.5 
    3.4463 
    2.5671 
    1.688 
    **注：表中集中活荷載指跨中的集中活荷載；均布活荷載指在五等分點所加的集中活荷載（見圖3）。以下表格相同。
               表2 試驗下弦鋼筋應(yīng)變值
     
    平均值()
    理論值()
    試件編號
    1
    2
    3
    4
    澆注完畢后
    330.7
    330.5
    365
    343.8
    341
    誤差(%)
    -3.03
    -3.08
    7.038
    0.806
    集中活荷載
    479.5
    491
    476.5
    493.8
    538
    誤差(%)
    -10.9
    489.7
    -8.74
    -11.4
    -8.22
    均布活荷載
    468.1
    555
    468
    518
    誤差(%)
    -5.47
    -9.63
    7.143
    -9.65

    表3 試驗上弦鋼筋應(yīng)變值

      
    
        
      
            
            
       
      
                  		
            
            
      平均值()
      
                  		
            
            
      理論值
      
            ()
      
                  		
        
      
        
      
            
            
      試件編號
      
                  		
            
            
      1
      
                  		
            
            
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