鋁合金模板抗彎性能試驗研究

彭家偉，曾宇燎，寧橋

[摘要]對鉆前工程方井的施工過程中使用的鋁合金墻柱模板進行純彎試驗研究，得到在不同荷載下的撓度值和極限抗彎承載力，為方井施工與管理提供依據。試驗表明，模板的破壞方式均是在跨中端板的銷孔處破壞。建筑鋁模板的承載力大于60 kN/mm2，鋁模板屈服撓度約為17.2 mm，極限變形值約27.22 mm。

[關鍵詞]鋁合金； 墻柱模板； 變形； 承載力

[中國分類號]TU755.2+1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]A

0引言

隨著鉆前工程施工工期越來越緊張，方井的施工工期的快慢已成為能否按期完成施工任務的關鍵因素，目前采用的木模板支撐體系施工工期較長，急需一種更加快捷的模板施工技術縮短工期。目前鉆前工程方井施工采用的木模板支撐體系，強度低、板面拼縫多，拆模后表觀質量粗糙，需抹灰處理，所以需要一種新模板體系解決上述質量問題。

輕質高強定型鋁合金模板體系重量輕、質量高、穩定性好、平均使用成本低、便于拆裝、承載力高，且拆模后混凝土表面質量平整光滑，可達到免抹灰的效果，完美解決了目前鉆前工程方井施工的質量不受控和工期緊的問題［1-2］。通過標準化設計可循環性使用，并可運用于方井施工。

任慧軍等［3］人對地下綜合管廊的鋁合金模板施工技術進行了研究，實際項目中采用明挖現澆施工法鋁合金模板施工，分析得出使用鋁合金模板能夠保證混凝土的施工質量，施工成本低于木模板。歐陽波等［4］對鋁合金模板在高層建筑中的應用進行了探究。根據實際項目中采用的鋁合金模板的施工情況，總結出鋁合金模板的工藝特點，詳述模板的設計與施工過程中的操作難點。工程應用實踐表明在高層建筑中采用鋁合金模板可以達到良好的施工效果，提升經濟效益與工期效益。邢振華等 ［5］依托實際項目，對鋁合金模板在施工過程中容易出現的問題進行了探究，整理出合理的處理措施，為鋁合金模板在實際工程應用中容易出現的問題提供了解決方案，為工程施工提供了經驗。

本文對鉆前工程方井所使用的墻柱鋁合金模板進行研究，選用2 400 mm×600 mm和1 400 mm×600 mm 2種面板尺寸的鋁模板，進行抗彎承載力分析，給出鋁合金模板的極限荷載，通過試驗現象分析鋁合金模板的破壞形式，驗證鋁合金模板在工程應用中的安全性。得出鋁合金模板在標準荷載下的撓度變形值，驗證設計的合理性。

1試件概況

1.1試件設計

試驗選用四川蜀渝石油建筑安裝公司在工程中實際使用的兩種面板尺寸的鋁合金模板，共5個，分別為2 400 mm×600 mm和1 400 mm×600 mm。鋁合金模板的面板厚度為4 mm，端板厚度和高度為6 mm和65 mm，橫肋間距為140 mm，縱肋間距為120 mm。鋁模板端板、橫肋與縱肋之間采用焊接方式連接。四邊端板預留螺栓孔，以便在實際工程中根據施工設計靈活組裝，螺栓孔間距50 mm。表1給出了鋁合金模板的主要尺寸參數，圖1為鋁合金模板的具體構造。鋁合金材料參數由出廠拉伸試驗報告書給出，彈性模量為70 000 N/mm2，質量密度為2 700 kg/m3。

1.2加載方案

本試驗采用兩點彎曲的試驗方法進行試驗。為了模擬模板真實的受力狀況，兩端采用簡支約束方式。支座沿模板短邊寬度方向放置，支座間距為 900 mm。根據JGJ 386-2016《組合鋁合金模板工程技術規程》［6］，墻柱模板試驗均布荷載取值45 kN/mm2。根據試驗室測量標準，鋁模板試驗需將均布荷載等效為施加在跨中的集中荷載，由截面最大彎矩等效原理計算出應施加12.15 kN的集中力至鋁模板中部。為了測得鋁合金模板的極限承載力，在加載至標準荷載后繼續加載至試件破壞。試驗加載裝置如圖2所示。

WAW-1000H電液伺服萬能試驗機集電液伺服自動控制、自動測量、數據采集、屏幕顯示、試驗結果處理為一體。主要用于金屬、非金屬的拉伸、壓縮和彎曲試驗，具有高精度和可重復性。在此次試驗中，使用該設備為鋁模板的彎曲試驗提供荷載和采集試驗數據。荷載施加位置為平行于鋁模板短邊的跨中位置，由此鋁模板跨中為撓度變化最大處。在鋁合金模板底面沿中軸線布置8個應變片，監測試驗過程中鋁模板的受力變化情況；在模板兩長邊的中點分別放置百分表，測得鋁模板的撓度變化值；采用靜態應變測試系統采集壓力傳感器和百分表的數值。

試驗前，在鋁合金模板上定位應變片的粘貼位置，使用砂紙適度打磨，使用丙酮除去油污，并使用酒精將定位點擦洗干凈。粘貼應變片前測量應變片電阻，以防有廢片影響試驗數據。應變片粘貼后使用硅膠涂抹于應變片表面，以防止碰撞、刮擦等；試驗過程中，對各測點、百分表以及電腦端的數據反饋通過錄像記錄，確保加載過程都在監測范圍內；試驗結束后，通過數據整理與分析得出鋁模板的質量檢測情況。

2試驗結果和分析

2.1試驗現象

試驗結束后，收集應變片和百分表等各部分數據整理分析。試驗過程中，隨載荷增加，鋁模板跨中部產生向下的變形，撓度逐漸增加。當試驗荷載達到極限時，模板一側開孔處被瞬間拉斷見圖3（a），傳感器荷載迅速下降；繼續加載后，另一側邊框模板開孔處隨機發生同樣的破壞見圖3（b），鋁模板中部加勁肋也發生破壞見圖3（c）。由于開孔處為薄弱位置，因此最大應變值發生在經過孔心且垂直于加載方向，使得裂縫沿荷載方向迅速擴展，邊框開孔處發生應力集中，從而削弱了邊框強度，導致失效形式主要表現為跨中端板開孔處破裂，均屬于強度破壞。

2.2荷載-跨中撓度曲線

如圖4所示為各試件的荷載-撓度曲線。撓度變化由雙側百分表獲得。荷載-撓度曲線出現統一的變化趨勢。隨著荷載增大，鋁模板撓度逐漸變大，達到屈服后，曲線變得平緩，撓度達到約28 mm后，鋁模板承載力不再有明顯增加。極限荷載大于69 kN，極限變形大于25 mm。

根據得到的荷載位移曲線，計算各鋁模板試件的最大變形、屈服撓度、極限變形以及延性，如表2所示。最大變形為鋁模板在規范要求的標準荷載下的撓度值，屈服撓度為鋁模板達到屈服點的面中變形，極限變形為鋁模板被加載至破壞時的面中變形。延性系數用以衡量模板在發生破壞前發生大變形的能力。

表2中鋁模板試件ALU-1～ALU-5在標準荷載作用下最大變形均小于5 mm，符合規范要求［6］。在實際施工中鋁模板的表面平整度變化在規范要求內，能夠滿足施工要求。鋁模板屈服撓度平均值為17.2 mm，遠大于標準荷載值下的變形，在實際施工中具有較高的安全儲備。撓度達到此值之前，鋁合金模板體系仍具有一定的安全可靠性。若變形值達到17.2 mm，則應采取措施預防脹模等情況發生，避免產生安全隱患。在鋁合金模板完全破壞前其跨中變形值可以達到約27.22 mm，極限承載力約72.54 kN。鋁合金模板延性系數均值約為1.48，由此在達到極限承載力之前，鋁模板具有較好的變形能力。

3結論

通過對鋁合金模板進行抗彎試驗，發現模板的破壞方式均是在跨中端板的銷孔處破壞。建筑鋁模板的承載力大于60 kN/mm2，遠高于傳統木模板以及組合鋼模板的承載力（約30 kN/mm2）。鋁模板在標準荷載作用下最大變形均小于5 mm，表面平整度變化在規范要求內，能夠滿足施工要求。鋁模板屈服撓度約為17.2 mm，遠大于標準荷載值下的變形，在實際施工中具有較高的安全儲備。撓度達到此值之前，鋁合金模板體系仍具有一定的安全可靠性。若變形值達到17.2 mm，則應采取措施預防脹模等情況發生，避免產生安全隱患。鋁合金模板達到極限承載力時，變形值可以達到約27.22 mm。

參考文獻

［1］張銳， 邱仁斌， 許超. 鋁合金模板優缺點分析［J］. 中國建筑金屬結構， 2013（14）： 46-47.

［2］邵廣鑫. 鋁合金模板在建筑工程中的應用及其經濟效益分析［J］. 建設科技， 2013（10）： 75-77.

［3］任慧軍， 肖盼， 尤文寬，等. 地下綜合管廊鋁合金模板施工關鍵技術研究［J］. 施工技術， 2018， 47（2）： 43-46.

［4］歐陽波， 田鎮赫， 卓勝. 鋁合金模板拉片式加固體系在高層建筑中的應用［J］. 施工技術， 2019， 48（S1）： 913-916.

［5］邢振華， 代廣偉. 鋁合金模板施工過程中易出現的問題及處理措施［J］. 建筑技術， 2015， 46（8）： 720-721.

［6］組合鋁合金模板工程技術規程： JGJ386-2016 ［S］. 廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司， 2015-05-14.