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自承式钢模板系统性能试验和设计方法研究

作者： 李文斌 高长喜 钱磊 童根树    
时间：2010-08-13 19:22:03 [收藏]

    关键词：自承 钢模板 系统性

    摘要 通过将楼板的上层钢筋和楼板底部配筋用直径为3~6mm的细钢筋作为腹杆焊接连接，形成桁架， 并在底部焊接一层厚度为0.4～0.6mm的薄钢板，就可以节省施工节点的模板费用，加快施工进度。
         这种楼板施工方法称为自承式模板。本文对自承式模板在施工阶段的挠度和钢筋应力进行了试验， 验证了施工阶段可以采用上下弦连续的桁架计算模型，对正常使用阶段的楼板刚度和极限承载力也进行了试验研究，结果表明，自承式模板的楼板，由于在施工阶段楼板混凝土和钢筋自重在混凝土内不产生应力，这种楼板的使用状态下基本不开裂，和普通支模板的混凝土楼板相比可以改善了抗裂性能，使用阶段楼板的刚度也比普通混凝土楼板大。但是极限承载力和普通楼板相同。
    关键词 楼板，自承式模板

            为充分发挥钢结构施工周期短的优点，多高层钢结构楼板一般采用肋高51和76mm，板厚0.8～1.2mm的压型钢板的组合和非组合楼板。在目前我国的经济水平下，采用这种楼板造价偏高；而且楼板厚度比现浇混凝土楼板厚20～30mm，使得建筑楼层净高降低；楼板下表面不平整。因此开发其他楼板体系具有广泛的市场前景。
            本试验的自承式模板系统，利用混凝土楼板的上下层纵向钢筋，与弯折成形的小钢筋焊接，组成能够承受荷载的小桁架，在横向布置弯折成形的钢筋，布置在纵向桁架上面，横向钢筋底部与薄钢板焊接，组成一个在施工阶段能够承受湿混凝土及施工荷载的结构体系。在使用阶段，钢筋桁架成为混凝土楼板的配筋，能够承受使用荷载。该自承式钢模板力学模型简单直观，设计方便。施工前可根据板的跨度和荷载情况设计并预制钢骨架；施工中板与板之间相互扣接；省去模板，施工方便。它具有

    预制板的施工快速的优势，又具有现浇板整体刚度大，抗震性能好的优点，因而具有广阔的使用前景。
            本文对自承式单跨简支单向钢模板在施工阶段与使用阶段的受力性能以及极限承载能力进行了试验研究，验证了施工阶段自承式钢模板设计的理论计算模型。
    1 试件和试验装置
    1.1试件
            试验采用单跨简支单向钢模板。试件有A、B两组，图1是试件示意图，图2是构造尺寸。

    \
    \
    A组试件四个，宽度为600mm，跨度3m。上下纵向钢筋轴线距离为58mm，下部纵向钢筋中心下部纵向钢筋中心离底部钢板25mm。试件底部钢板为带肋钢板，厚度为0.4mm；腹杆和横向钢筋分别为5mm和4mm的冷拔低碳钢丝；端部竖杆钢筋为φ12；上下纵向钢筋均为φ12。
        B    组试件三个，宽度为600mm，跨度3.6m。上下纵向钢筋轴线距离为77mm，下部纵向钢筋中心离底部钢板25mm。试件底部钢板为带肋钢板，厚度为0.4mm；腹杆和横向钢筋分别为5mm和4mm的冷拔低碳钢丝；端部竖杆钢筋为φ12；上部纵向钢筋为φ14，下部纵向钢筋为φ12。

    1.2试验装置和加载方案
    a施工阶段：
            楼板的四周架设槽钢[20作模板，浇注混凝土。在以下过程中：浇筑混凝土→跨中处施加集中活荷载（1.5kN）→卸载→五等分点处施加集中活荷载（A组0.56kN，B组0.67kN）→卸载，分别记录跨中挠度和各测点应变，并观测是否有其他异常现象。加载方式如图3。
            在试验中，试件中每排钢筋片的端部竖杆和腹杆、中部（或接近中部）上下纵向钢筋布置应变片，
    \
    共6（或7）片（**在有腹杆或横向钢筋通过的中部，应变片在中点两边各布置一应变片，否则只在中点处布置一只应变片）。在每个试件的跨中（或接近跨中）钢板底部布置百分表侧挠度，共四个。应变数据的采集使用YJR-5型静态电阻应变仪。
    b承载力试验阶段：
       用千斤顶进行两点分级加集中荷载，直至楼板破坏。加载简图如图4。在楼板的跨中和支座处设置百分表，共3×2＝6个，如图5；板内应变片布置图见图2。

    \
     
    \
    2试验结果及分析
    2.1施工阶段的试验
    A 跨度为3m的A组模板施工阶段的试验
    1）理论计算结果
            模板钢筋骨架在施工阶段的变形至关重要。两端简支的自承式钢模板一般由施工阶段控制设计。施工阶段钢筋骨架的计算模型采用斜腹杆铰接，上下纵向钢筋连续的模型，不考虑底部薄钢板的作用。不考虑钢模板作用，是因为钢模板并未与纵向钢筋连接，钢模板仅仅是通过横向钢筋与钢模板点焊连接，且离下弦有25mm的距离。
            计算采用的荷载为楼板自重（按照实际浇注的重量）以及与两种活荷载分别叠加等3种情况。由于是施工阶段，主要关注的是挠度，因此未考虑荷载分项系数。A组上下纵向钢筋轴线间距为58mm。实际浇注后模板下挠，楼板跨中实际厚度为125mm，支座处105mm，楼板平均厚度115mm。钢筋的弹性模量取2.1N/mm2。
    2）理论模型的合理性分析：
            理论和实测值的对比见表1～表4。由表可见，试验所测得的跨中挠度值、下上弦纵向钢筋应变值和腹杆钢筋应变值与相应理论值的对比可见，所采用的小桁架模型是合理的，有很高的精确。结果表明这一模型是合理的。

     表1 挠度测试值             
                  
    平均值(mm)         
    理论值(mm)  
    试件编号  
    1  
    2  
    3    
    4   
    浇注完毕后 
    12.24 
    12.69 
    12.41 
    12.33 
    11.54 
    误差（％） 
    6.0934 
    9.9939 
    7.567 
    6.8735 
    集中活荷载 
    17.20 
    17.15 
    17.49 
    17.49 
    16.97 
    误差（％） 
    1.3434 
    1.0488 
    3.0521 
    3.0521 
    均布活荷载 
    16.98 
    17.65 
    17.50 
    17.35 
    17.06 
    误差（％） 
    -0.5 
    3.4463 
    2.5671 
    1.688 
    **注：表中集中活荷载指跨中的集中活荷载；均布活荷载指在五等分点所加的集中活荷载（见图3）。以下表格相同。
               表2 试验下弦钢筋应变值
     
    平均值()
    理论值()
    试件编号
    1
    2
    3
    4
    浇注完毕后
    330.7
    330.5
    365
    343.8
    341
    误差(%)
    -3.03
    -3.08
    7.038
    0.806
    集中活荷载
    479.5
    491
    476.5
    493.8
    538
    误差(%)
    -10.9
    489.7
    -8.74
    -11.4
    -8.22
    均布活荷载
    468.1
    555
    468
    518
    误差(%)
    -5.47
    -9.63
    7.143
    -9.65

    表3 试验上弦钢筋应变值
     
    平均值()
    理论值
    ()
    试件编号
    1
    2
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