轮扣式模板支架体系受力性能试验研究

窦国举，孙忠国，何海英，侯振国，谢华峰，宋建学

(1.中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450000; 2.郑州大学 土木工程学院,河南 郑州 450000)

中国建筑业飞速发展，模板支架体系成为建筑现场施工最重要的临时结构，得到了普遍的应用。轮扣式模板支架弥补了扣件式支架扣件易丢失，搭建困难、配件易损坏等缺陷，搭设方便快捷，已在工程实践中广泛应用。但是近年来关于轮扣式模板支架失稳倒塌的事故也明显上升，许多事故发生在现场混凝土浇筑期间，因此研究混凝土浇筑时支架杆件的受力情况，总结出支架杆件随浇筑进程的内力变化规律，具有理论和实用价值。

通过前期的现场调研，发现受制于现场空间或其他原因，现场出现了两种主要模板支架形式，一种支撑形式是紧邻梁两侧的立杆到梁侧边的距离相等的支架(本文称为“轴心支架”，见图1)，另一种支撑形式是紧邻梁两侧的立杆到梁侧边的距离不相等的支架(本文称为“偏心支架”，见图2)，

图1 轴心支架

图2 偏心支架

本文研究这两种支架杆件的受力以及发展过程，对现场实测的数据进行分析，研究轮扣式模板支架在混凝土浇筑期各杆件的内力分布及发展规律。

1 现场试验

1.1 试验内容

试验场地为郑州市航空港区河东第一棚户区二标工程，试验架体为地下室梁板支撑架，是现场实际工程的一部分。搭设的模板支架采用承插型轮扣式模板支架体系，基本构件采用Q235，48.0×3.0钢管材料，主楞梁采用Φ48 mm×3.0 mm@600的双钢管，次楞梁采用50 mm×150 mm@150的木方，面板采用18 mm胶合模板，主楞梁沿支架横向布置，与立杆的中轴线对正，并放置在立杆顶部的可调托撑上，次楞梁以150 mm的间距铺设在主楞梁上，垂直于主楞梁，平行于水平地面。

选取地下室轴心支架和偏心支架进行现场试验，梁侧立杆间距代表紧邻梁两侧的立杆中线到梁侧边的距离，L代表左侧距离，R代表右侧距离。试体一为轴心支架，试体二为偏心支架。

表1 模板支撑架杆件布置图

1.2 试验方案

1.2.1 试体一

试体一杆件布置见表1，试体一选取垂直于梁的断面进行混凝土浇筑时应力应变的测量，该横断面为1-1断面，如图3所示。试验监测测点如图4所示。

图3 1-1横断面位置图

图4 1-1横断面测点布置图

1.2.2 试体二

试体二杆件布置见表1，试体二选取垂直于梁的断面进行混凝土浇筑时应力应变的测量，该横断面为2-2断面，如图5所示。试验监测测点如图6所示。

图5 2-2横断面位置图

图6 2-2横断面测点布置图

2 试验结果分析

把现场测量的应变值转化为轴力，再进行杆件轴力的分析。

根据现场的浇筑顺序，把断面的浇筑分为7个施工步序，从区域1开始浇筑，到区域7浇筑结束。本文称区域5和区域3主楞梁悬挑出来的部分为“挑头板”。

2.1 试体一监测结果分析

试体一浇筑顺序如图7所示。图8为试体一混凝土浇筑步序与时间图。图9为远离梁轴线的立杆内力监测结果,图9显示,远离梁的立杆上下部分轴力变化趋势相同。测点CVU1和测点CVB1在浇筑区域1、2、3、4、5时，轴力在“0”附近波动；在浇筑区域5时，轴力曲线向上发展，轴力出现拉压变化；在浇筑区域6和7时，立杆的压力值成阶梯式增长。该断面浇筑完毕时，测点1-1-CVU1压力值为-7.85 kN，测点1-1-CVB1压力值为-7.68 kN。

测点CVU5和测点CVB5的轴力值受区域2右侧浇筑的影响，在监测之初具有一定的轴力值。在浇筑区域1、3、4、5、6、7时，测点CVU5和测点CVB5处的轴力值变化不大，其中在浇筑区域3时，压力值有减小趋势，接着保持稳定；在浇筑区域2时，测点CVU5和测点CVB5的压力值有较大的增长。该断面浇筑完毕时，测点1-1-CVU5压力值为-7.78 kN，测点1-1-CVB5压力值为-7.52 kN。说明远离梁立杆的上部轴力值大于下部；在浇筑立杆两侧的板时，立杆的轴力变化较大。

图7 试体一混凝土浇筑顺序图

图8 试体一混凝土浇筑步序与时间图

图9 1-1远离梁立杆轴力随浇筑时间变化图

图10为临近梁的立杆内力监测结果，图10显示在混凝土浇筑期间，两根立杆均处于受压状态，上下部轴力变化趋势相同。随着浇筑顺序,测点CVU2和CVB2的压力值在浇筑区域1、4、5、6时增大较多,在区域2、3、7时,压力值变化不大。当该断面浇筑完毕时,测点CVU2压力值为-9.08 kN，测点CVB2压力值为-8.88 kN。测点CVU4和CVB4的压力值在浇筑区域1、2、3、4增大较多,在区域5、6、7压力值变化不大。当该断面浇筑完毕时,测点CVU4压力值为-9.23 kN，测点CVB4压力值为-9.01 kN。

图10 1-1邻近梁立杆轴力随浇筑时间变化图

从立杆轴力变化曲线分析可知，临近梁的立杆在浇筑梁、浇筑同侧挑头板和浇筑立杆外侧的板这三个阶段时，轴力值变化较大。浇筑完毕时同根立杆上部的轴力大于下部。

图11为梁下立杆的内力监测结果，图11显示梁下立杆处于受压状态，上下部分受力差别不大，测点CVU3和测点CVB4在浇筑区域1和4压力值增长较大，其中立杆压力值在区域1平均增长65.5%，在区域2平均增长34.0%，这和梁内混凝土分层浇筑有关。可见立杆轴力受分层浇筑影响比较明显，分层浇筑可以使下方立杆轴力平稳增长，提高支架安全性。

图11 1-1梁下立杆轴力随浇筑时间变化图

2.2 试体二监测结果分析

图12为远离梁轴线的立杆内力监测结果，图12显示支架两个远离梁立杆最终处于受压状态，上下部轴力变化趋势相同。梁左侧立杆测点CVU1和测点CVB1的轴力值在浇筑1、2、3、4区域时基本处于不受力状态；当浇筑区域5时，受力变成拉力，因为浇筑挑头板引起同侧该立杆上部的主楞梁翘起，产生立杆上拔；在浇筑区域6和7时，由受拉转为受压，压力增长迅速。截面浇筑完毕时，测点CVU1压力值为-7.72 kN，测点CVB1压力值为-7.58 kN。

图12 2-2远离梁立杆轴力随浇筑时间变化图

测点CVU5和CVB5所在立杆右侧板已经浇筑完成，所以该立杆轴力值初始值不为零，在浇筑区域2时，测点CVU5和CVB5处轴力值变化较快；在浇筑区域3时，测点CVU5和CVB5处的压力稍微减小；其他区域浇筑对该处测点的轴力值影响不大。截面浇筑完毕时，测点CVU5压力值为-7.62 kN，测点CVB5压力值为-7.49 kN。

图13为靠近梁轴线的立杆内力监测成果。图13显示在混凝土浇筑期间，距离梁侧最近的两根立杆均处于受压状态，上下部轴力变化趋势相同。测点CVU2和测点CVB2所在的立杆，在浇筑区域1、4、5、6时，立杆受力变化较大，其中浇筑区域1和4时，立杆的压力值增长较缓，浇筑区域5和6时，压力值增长迅速；浇筑区域2、3、7时，对测点CVU2和测点CVB2处的压力值影响不大，压力变化量很小；该截面浇筑完毕时，测点CVU2压力值为-9.10 kN，测点CVB2压力值为-8.92 kN。

图13 2-2邻近梁立杆轴力随浇筑时间变化图

测点CVU4和测点CVB4所在的立杆在浇筑区域1、2、3、4时，立杆受力增加，其中浇筑区域1和4时，立杆的压力值增长较缓，浇筑区域2和3时，压力值增长迅速；浇筑区域5、6、7时，对测点CVU4和测点CVB4处的压力值影响不大，压力变化量很小；该截面浇筑完毕时，测点CVU4压力值为-10.18 kN，测点CVB4压力值为-10.00 kN。

图14是梁下带有顶托的立杆内力发展过程。图14显示，梁下立杆在混凝土浇筑期间一直处于受压状态，上下部轴力变化趋势相同。在浇筑区域1和浇筑区域4时，轴力有较快增长，其中在浇筑区域1期间，立杆上部测点CVU3的轴力增长量为4.82 kN，增长量较大；在浇筑区域4期间，立杆上部测点CVU3的轴力增长量为3.23 kN；其他区域浇筑对梁下立杆的受力影响较小。该断面浇筑完毕时测点CVU3压力值为-8.23 kN，测点CVB3压力值为-8.15 kN。

图14 2-2梁下立杆轴力随浇筑时间变化图

2.3 试体一和试体二监测结果对比分析

图15～图17为试体一和试体二轴力对比图。

图15 远离梁立杆轴力对比图

图16 梁侧立杆轴力对比图

图17 梁下立杆轴力对比图

对比分析可知：

(1)远离梁的立杆轴力主要受立杆上方板混凝土浇筑影响较大，其他区域对该处立杆的受力影响不明显。同一立杆上部轴力大于下部，浇筑挑头板时，同侧的远离梁立杆会发生翘起现象，这与横杆、斜杆参与受力有关。

(2) 梁侧立杆受力主要集中在浇筑梁、同侧挑头板和立杆外侧的板三个区域，其中浇筑挑头板和立杆外侧的板时，轴力增长量较大，同根立杆上部的压力值大于下部，轴心立杆梁右侧立杆的轴力值和梁左侧立杆轴力值相差不大，偏心立杆梁右侧立杆的轴力值大于梁左侧，因为梁下右侧水平杆间距大，造成梁右侧的挑头板过长，加大了立杆的轴力值。

(3)梁下立杆的受力主要集中在浇筑梁时，其中在浇筑区域1期间，轴力增长量较大，约占浇筑完毕时总压力值的60%。梁下立杆上部测点轴力值和下部相差不大。

3 结论

(1)在混凝土浇筑过程中，先浇筑混凝土一侧杆件内力发展快于另一侧，轴心支架的最终杆件内力分布关于梁中心线大体呈对称状态；偏心支架梁侧立杆关于梁中心线不对称。挑头板宽的一侧其梁侧立杆轴力大于另一侧。

(2)浇筑挑头板时，同侧的远离梁立杆会出现“上拔”的现象，立杆呈现受拉趋势。

(3)浇筑完毕时，板下同一根立杆上部轴力大于下部，梁下立杆上部轴力与下部轴力相近，可能与梁下立杆相连的横杆、斜杆传力有关。