免拆卸水泥复合模板-结构混凝土柱的轴心受压性能研究.pdf

2 0 1 1 年第 l 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT P R0DUCTS 2 01 1 No1 0 Oc t o b e r 免拆卸水泥复合模板一 结构混凝土柱的 轴心受压性能研究 周双喜 ， 刘 杰 华东交通大学土木建筑学院， 南昌 3 3 0 0 1 3 摘要 通过对二根柱试件 一根免拆卸模板 混凝土柱 ， 一根 普通混凝土柱 的试验 ， 研 究 了免拆卸模 板混凝 土 柱在单调荷载作 用下的基 本力学性能 ， 包括破 坏形 态、 极 限承栽力 、 柱侧 混凝土应 变、 受力钢筋应 变等， 对免拆 卸模 板 一 结构混凝 土柱与普 通混凝 土柱的受力性 能进行 了对 比。实验 结果表 明 采用现行规 范计算免拆 卸模 板一 结构混 凝土柱的极 限承载力具有较 高的安 全性 能； 免拆卸模板一 结构混凝土柱具有与普通混凝土柱相近的轴心受压性能。 关键词 免拆 卸模板 混凝 土柱 ； 轴心受压性能 ； 裂缝 Ab s t r a c t B a s e d o n t h e e x p e r i me n t o n t wo C O l u mn s p e c i me n s f o n e i s a c o n c r e t e c o l u mn wi t } l a f o r mwo r k wi t h o u t d i s a s s e m b l y ，a n o t h e r i s a n o r d i n a r y c o n c r e t e c o l u m n ，t h e b a s i c m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f t h e c o n c r e t e c o l u m n w i t h a f o r mw o r k w i t h o u t d i s a s s e mb l y u n d e r mo n o t o n i c l o a d i n g a r e s t u d i e d ，i n c l u d i n g f a i l u r e p a t t e r n s ，u l t i ma t e b e a ri n g c a p a c i t y ， c o n c r e t e s t r a i n ， s t r a i n o f r e i n f o r c i n g s t e e l a n d S O o n ． T h e c o mp a ris o n o f me c h a n i c a l b e h a v i o r i s ma d e b e t w e e n t h e c o n c r e t e s t r u c t u r e c o l u mn w i t h a f o r mwo r k wi t h o u t d i s a s s e mb l y a n d a n o r d i n a r y c o n c r e t e c o l u mn ． T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e u l t i ma t e b e a ri n g c a p a c i t y o f t h e c o n c r e t e s t r u c t u r e c o l u mn w i t h a f o r mwo r k wi t h o u t d i s a s s e mb l y h a s s a f e r p e rfo r ma n c e w h i l e u s i n g t h e c u r r e n t s p e c i f i c a t i o n t o c a l c u l a t e i t ，a n d i t s a x i a l c o mp r e s s i o n c a p a c i t y i s a p p r o x i ma t e t o t h e o n e o f a n o r d i n a r y c o n c r e t e c o l u mn ． Ke y wo r ds Co nc r e t e c o l umn wi t h a f o rm wo r k wi t h o ut d i s a s s e mbl y ；Ax i a l c o mpr e s s i o n c a pa c i t y；Cr a c k s 中图分类号 T U 3 7 5 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 6 3 7 2 0 1 1 1 O 4 8 一 o 3 0前 言 混凝土的可塑性 ， 引入 了模板工程在钢筋混凝 土结构的使用 。目前 ， 在各类现浇混凝土工程中， 广 泛应用木胶合板模板 、 竹 胶合板模板 、 塑料模板和 钢模板等 卅。其 中木胶合板模板和竹胶合板模板 的 使用最为普遍 ， 这二种模板具有易于在现场加工等 优点 ， 但存在容易被腐蚀 、 周转次数低 、 使 用寿命不 长缺陷 ；也容易吸收混凝土 中的水分和化学试剂 ， 且资源消耗大 ， 影响环保 。国内使用 的塑料模板在 强度和刚度方面 比竹 木 模板还低 ， 另外 ， 塑料模 板 的热胀冷缩系数大， 影响正常使用阁 。钢模板虽然 使用寿命长 ， 但很难满足 当今 复杂混凝 土构件对模 板 的要求 ， 且 自重较大 ， 使用时 占用大量工程机械 ， 施工成本高[ 6 - 7 ] 。 本课题研制了一种新型免拆卸 的水 泥复合模 板 ， 通过专 门设计 的多功能钢构件 ， 当结构混凝 土 浇筑时起模板作用 ， 同时与结构混凝土形成牢固的 咬合连接 ， 待混凝土硬化后 ， 成 为结构混凝 土永久 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 1 6 8 0 1 5 ， 教育部工程研究中 心开放基金项 目 0 1 3 0 6 0 2 0 ， 江西省教育厅科研项目 G j J 1 0 4 4 1 。 48 的保护层。当结构混凝土达到拆模龄期 ， 仅需拆 除 组合构件 ， 而不需拆除水泥复合模板 ， 所 以， 使用这 种混凝土结构新型免拆卸水泥复合模板 ， 既节省了 木材和钢材 ， 又降低了劳动强度 ， 可提高工作效率 。 1 免拆复 合模 板 的构造 新型免拆复合模板构造 新型免拆卸模板的主 要材料有玻璃 网格布 、 水泥 、 砂子 、 增强剂 和水 ， 属 于水泥基复合材料 。图 1 为混凝土柱免拆卸水泥复 合模板的构造 图。板厚 9 mm， 肋厚 1 5 m r n 。 新型免拆卸模板的支撑 新 型免拆卸模 板支撑 构件包括横楞模、 竖楞模 、 角钢模 、 定位板 、 加强肋 、 斜撑 、 拉杆等组成 ， 施工简便 ， 组装牢 固， 拆除安全 ， 且使用寿命长 ， 大大降低工程造价 。支模 构件采用 树脂防锈漆或塑料喷涂技术 ， 按类分颜色 ， 因此 ， 组 装 、 拆卸不易混淆 ， 便于堆放 、 运输 、 储存 。 经江西省建筑工程质量检测中心检验 ， 免拆卸 模板的物理力学性能见表 l 。 本文通过一根免拆卸模板一 结构混凝 土柱与一 根普通混凝土柱的轴心受压试验结果 的对 比分析 ， 研究免拆卸模板一 结构混凝土柱的轴心受压力学性 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 周双喜 ， 刘 杰 免拆卸水泥复合模板一 结构混凝土柱的轴心受压性能研究 此模板规格是 2 0 0 mm5 5 0mm ， 横方 向肋与肋之 间相距 2 4 mm， 竖方 向肋之 间 相距 3 0 ra m。 一 图 1 混凝土柱免拆卸水泥复合模板构造 图 单位 mm 表 l 新型免拆 卸水泥复合模板物理性能 注 抗冻性试 验一 1 5 u _ 5 ℃， 冻融 2 5次 。 能及其与普通混凝土柱的异同。 2试 验 2 ． 1 试验 设计 试验设计二根矩形截面柱试件 ， 一根为免拆卸 模板混凝土柱 ，一根为用 以对 比的普通混凝土柱 ， 各柱的设计参数如下 1 二根试验柱采用相 同的截 面形式及配筋 ， 具体截 面尺寸如 图 2所示 ，受力 钢筋采用直径 2 0 的 H R B 3 3 5级 钢 筋 ，直 径 为 2 0 ra m；箍 筋 采 用 HP B 2 3 5钢筋 ， 直径 8 m m； I 8 l I 一 卜 ＼4 b 2 0 ／ ／ ／ I 图 2 试验柱截面尺寸及配筋 单位 m r f 1 2 混凝土强度等级均为 C 3 0 ； 3 试验柱保护层厚度为 3 0 ra m； 4 z - 1为普通混凝 土柱 ， Z 一 2为免拆卸水泥复 图 3 免拆卸模板柱实图及其加载方式 3 ． 1 试验过程及承载力分析 试验柱的试验过程如下 柱构件在轴 向压力作 用下的各级加载过程中 ， 由于钢筋和混凝土之间存 在粘结力 ， 因此 ， 纵向钢筋与混凝土共同受压 。压应 变沿构件长度上基本均匀分布 ， 且其受压钢筋的压 应变与混凝土压应变基本一致。随着荷载的增大 ， 构件变形迅速增大 ， 此时 ， 混凝土塑性变形增加 ， 弹 性模量降低 ， 应力增加缓慢 ， 而钢筋应力 的增加则 越来越快。 在达到峰值应力的 8 0 ％～ 9 0 ％时 ， 柱子表面纵向 裂缝明显 ， 可听到清脆 的劈 裂声 ， 混凝土保护层开 始剥落 ， 最后 ， 箍筋之 间的纵 向钢筋压屈而 向外 凸 出， 混凝土被压碎崩裂而破坏 。免拆卸模板在试验 过程 中未 出现粘结面分离或剥落等粘结不 良的现 象 ， 模板与结构混凝土粘结牢固。 对 比表 2中的试验结果 ， 免拆卸模板混凝土柱 的极限承载力接近于普通混凝土柱。外表面模板截 面积相对于柱 的截面积较小 ， 对柱 的承载力未有 明 显 影 响 。 3 - 2 柱中外表面混凝土应变 表 2 试验 柱的承载力试 验结果 49 ． ． 0 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年第 l 0期 混凝土与水泥制品 总第 1 8 6期 Z 耀 两根试验柱的t 昆 凝土应变如图4所示 。 8 0 0 6 o o 4 o o 2 o o o o o 8 0 0 6 o o 4 0 0 2 o o O o 一 2 o 一 4 0 0 6 o 0 8 0 0-l O OO一1 2 0 0 1 4 0 0 1 6 0 o l 8 0 0 应变／ “ 8 图 4柱 外 表 面混 凝 土应 变 曲线 构件在轴向压力作用下的各级加载过程 中， 由 于钢筋和混凝土之 间存在着粘结力 ， 因此 ， 纵 向钢 筋和混凝土共同受压 。压应变沿构件长度上基本均 匀分 布 。 混凝土受压时变形模量 E c 与混凝土弹性模量 E C的关 系为 E C t r E 。其 中， l ， 称 为混凝土 弹性 系 数 ， 其值是随着混凝土的压应力的增长而不断降低 的。刚开始荷载较小 ， 应变随着荷载线性增长 ， 纵向 钢筋屈服后 ， 混凝土受力 ， 应变呈现快速增长。 如 图 4所示 ， 在 正 常使 用 阶段 ， 相 同 的荷 载 下 ， Z 一 2的应变略大于 z 一 1 ，由于免拆卸模板含有多个 方格 图 1 ， 浇筑混凝土时 ， 方格的上下边缘处可能 未完全与混凝土充分接触 ， 浇筑好的免拆卸模板柱 构件受力时 ， 受力面要小于 Z 一 1 ， 由 e c r ／ E可知 ， 在 同一级荷载下 ， Z 一 2的应变要略大于 Z 一 1 。 3 ． 3 裂缝分析 普通混凝土柱在受力时 ， 柱 中开始 出现微细裂 缝 ， 临近破坏荷载时 ， 柱四周出现 明显的纵 向裂缝 。 而免拆卸模板柱在承受较小荷载时 ， 出现的微细裂 缝较少 ， 由于表面的免拆卸模板中铺设 了一层玻璃 纤维 网格布 ， 在构件承受较小荷 载时 ， 有效的抑制 了表 面微细 裂缝 的产 生 。 4结论 1 免拆 卸模板一 结构混凝土柱的极限承载力 及轴心受压力学性能与普通混凝土柱相差不大。 2 免拆卸模板一 结构混凝土柱 四周的免拆卸 模板在试验过程 中未 出现粘结面分离或剥落等粘 结不 良的现象 ， 模板与结构混凝土粘结牢 固。 3 使用荷载情况下 ， 研究了免拆卸模板一 结构 混凝土柱与普通混凝土柱的破坏形态的异 同， 研究 成果可为工程应用提供指导 。 参 考 文 献 【 1 ] 万里 ， 刘伟庆 ， 方海． 新型复合材 料模 板及其制备工艺[ J ] ， 新 型 建 筑 材 料 ， 2 0 0 8 3 1 6 1 8 ． 一 5 O～ [ 2 ] 尹伯悦 ， 赖 明 ， 曲俊义 ， 等． 新 型节 能建 筑免拆卸模板装饰 一 体化复 合墙体施工工 艺的研究 [ J ] ．新型建 筑材料 ， 2 0 0 7 ， 4 4 l 一 4 3 ． 【 3 ] 刘元珍 ， 李珠 ， 苏冬 媛． 玻 化微珠保 温板 免拆墙模 体系模 板设计[ J ] ， 新 型建筑材料 ， 2 0 0 8 4 5 9 6 2 ． [ 4 ]田磊 ， 易长海 ， 徐卫林 ， 等． 剑麻增强再生 塑料复合建筑模 板的制 备f J ] ， 新 型建筑材料 ， 2 0 0 7 1 1 3 3 - 3 5 ． [ 5 ] 刘鹏 ， 塑料模 板的开发 与应用 [ J ] ． 施 工技术 ， 2 0 0 7 2 4 7 - 48． 【 6 】 王绍 民． 我国组合 钢模 板面临 的形 势与 出路 探讨[ J 】 ． 施工 技 术 ， 2 0 0 7 2 2 3 - 2 5 ． [ 7 ]阎西康． 土木 工 程施 工[ M] ． 北 京 中 国建 材 工业 出版社 ． 20 05 ． [ 8 】 东南大学 ， 同济大 学 ， 天 津大学 ， 等． 混 凝土结构设 计原理 【 M ] ． 北京 中国建筑工业出版社 ， 2 0 0 8 3 7 - 4 0 『 9 J G B 5 0 0 1 0 2 0 0 2混凝土结构设计规范[ s 】 ． [ 1 0 ] G B 5 0 1 5 2 - 9 2混凝土结构试验方法标准【 S 】 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 8 - 2 5 作者简介 周双喜 1 9 7 3 一 ， 男 ， 博士 、 副教授 。 通讯地址 南 昌市双港路 联系电话 1 3 0 7 7 9 7 3 5 2 8 、 E -ma i l g r e e n ． 5 5 1 6 3 ． c o m “ ” ” ” ” ” “ 。 ” “ 。 ‘ { 欢迎订阅 粉煤灰 双月刊 ； 邮发代号 4 6 3 9 ； 粉煤 灰 期 刊为建设 部主 管 ， 中国城 乡建 设粉 煤 十利用技术开发中心主办。即时介绍国家有关粉煤灰综 ；利用的政策法规； 粉煤灰综合利用最新 、 最前沿技术； 灰 合 国 内外粉煤灰综合利用信 息。为适应我 国建材市场 的发展 及对 固体废 弃物再 生利用 的重视 ， 2 0 1 1 年 我们对期 刊栏 目进行 了重新调 整 ， 即 以粉煤 灰 、 固废 利用 、 生 态建材 三 大块为 内容 ， 旨在扩大期刊 的信 息范 围， 对粉煤灰 之外的 所 有固体废弃物再生利用技 术进行介绍 ， 并促 进对社会 、 资源 以及 环境友 好和谐 发展 的生态建 材 的理 念推 广 ， 使 绿 色建筑材料能在我 国有一个 良好 的开端 和成长 。 全 年订 价 6 0元 ， 可从 邮局订 阅 ， 也 可汇款 至编辑 部 订 阅。订费可 由银行信汇或邮汇 银行信 汇 汇人银行 招商银行上海徐家汇支行 }汇入单位 上海市建筑科学研究院 集团 有限公司 i汇入 帐号 2 1 2 8 8 6 2 8 5 7 1 0 0 0 1 }用 途 订 粉煤灰 t邮局汇款 T 地址 上海市徐家 汇宛平南路 7 5号 粉煤灰 编辑部 i 邮 编 2 0 0 0 3 2 联系人 李春霞 ； 电 话 0 2 1 6 4 6 4 0 7 1 1 ， 0 2 1 - 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