泵送混凝土對模板側(cè)壓力計算公式應(yīng)用分析

精心整理泵送混凝對模板側(cè)壓計算公式應(yīng)用析摘要泵送混凝土側(cè)壓力受混凝土初凝時間和澆筑速度影響實際施工中往往是使用既有模板及支撐，所以，與其說是模板設(shè)計，不如說是荷載設(shè)計。決定荷載大小有模板、鋼楞、拉筋、扣件四個環(huán)節(jié)。控制混凝土的側(cè)壓力是保證高支模作業(yè)安全的最有效措施。關(guān)鍵詞：泵送混凝土；模板側(cè)壓力；施工安全。1新澆混凝土側(cè)壓力的影響因素剛澆筑入模的混凝土,在振動作用下,具有很大的流動性,類似液體,因此這時混凝土對模板的側(cè)壓力分布規(guī)律亦類似靜水壓力。但由于混凝土具有觸變性只要振動一停止混凝土在振動時所獲得的流動性將會喪失,而且隨著水泥的水化作用不斷進行,混凝土的極限剪切應(yīng)力逐漸增大,因而實際作用在模板上的側(cè)壓力要比按靜水壓力計算公式求得的小，從而影響混凝土模板側(cè)壓力的因素也要復(fù)雜的多影響混凝土側(cè)壓力的因素有水泥的品種,加劑的種類,料的種類及其級配,混凝土的配合比及其稠度又稱坍落度)周圍環(huán)境溫度及混凝土的溫度,搗實混凝土的方法,板的剛度及表面的粗糙程度,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的配筋情況及斷面尺寸等。泵送混凝土的坍落度，可按國家現(xiàn)行標混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定選用不同泵送高度，入泵時混凝土的坍落度，可按下表選用。不同泵送高度入泵時混凝土坍落度選用值泵送高度（M）以下30～60～100以上坍落度（mm）100～140140160160180180200混凝土經(jīng)時坍落度損失值，可按下表確定。混凝土經(jīng)時坍落度損失值大氣溫度（℃）

102020～30～混凝土經(jīng)時坍落度損失值（摻粉煤灰和木鈣，經(jīng)時1h）5～25～35～注摻粉煤灰與其他外加劑時坍落度經(jīng)時損失值可根據(jù)施工經(jīng)驗確定無施工經(jīng)驗時，應(yīng)通過試驗確定。2泵送混凝土側(cè)壓力2.1送混凝土的特點泵送混凝土由于其效率高、澆筑速度快、機械化程度高、技術(shù)措施費用低、現(xiàn)場施工文明、其優(yōu)越性十分顯著,這是實現(xiàn)現(xiàn)澆混凝土工業(yè)化生產(chǎn)的重要途徑也是混凝土施工工藝的一大飛躍。這種施工方法所使用的混凝土因可泵性要求一般都是坍落度較大、流動性較好、粘聚性較大；其材料組成、配合比、坍落度等變化小,澆筑過程比較連續(xù)均衡同時加入適量外加劑。所有這些特點使得泵送混凝土對模板的側(cè)壓力影響比較突出。2.2送混凝土側(cè)壓力的影響因素分析凝土澆注速度混凝土的澆注速度仍就是影響泵送混凝土對模板側(cè)壓力的一個重要影響因素著混凝土澆注速度的增加,凝土側(cè)壓力也增大大多數(shù)研究者認為,混凝土的最大側(cè)壓力與澆注速度V的關(guān)系式為冪函數(shù)即F=kVn)。溫度溫度是影響混凝土凝結(jié)硬化的重要因素從而也影響混凝土側(cè)壓力,在定的澆注速度下,度愈低則混凝土側(cè)壓力愈大兩者成反比關(guān)系。凝土的振搗方法振搗密實混凝土的方法有兩種:一種為人工搗實一種為機械搗實。目前,大多采用機械搗實,特別是對于一次澆搗量較大的泵送混凝土，搗實方法影響混凝土的液化程度機械振搗會使混凝土液化得好,動性會增大,混凝土側(cè)壓力相應(yīng)地會增大試驗表明機械振動搗時的混凝土側(cè)壓力要比手工搗實時增大約，當混凝土側(cè)壓力計算公式標明采用機械搗實時,該因素不另考慮。

精心整理凝土的坍落度混凝土坍落度大,其流動性好側(cè)壓力也增加于泵送混凝土因為可泵性要求,使得其坍落度較一般混凝土大,而其側(cè)壓力相對較大。泥品種混凝土的初凝時間不同于水泥的初凝時間雖然不同水泥的初凝時間相差較大相差幅度為1～但用它們的配制混凝土時,在溫度配合比基本相同的條件下相差很小(僅左右)因此,泥品種對混凝土側(cè)壓力計算式中可不予考慮。料種類與級配集料的種類與級配決定了混凝土的容重,也影響混凝土的內(nèi)摩擦力。對于混凝土的容重其對混凝土側(cè)壓力有較大的影響,但在一般工業(yè)與民用建筑施工中所使用的普通混凝土其容重可以看成是一個常數(shù)。因此,在考慮混凝土側(cè)壓力的計算公式時只需要說明即可。凝土配合比在泵送混凝土中,常用的外加劑主要是減水劑大多數(shù)減水劑都具有一定的緩凝作用。據(jù)有關(guān)資料表明,有減水劑的混凝土側(cè)壓力比未摻的要大，如摻有木質(zhì)素磺酸鈣外加劑的混凝土側(cè)壓力比未摻外加劑的平均增大。3.幾種計算公式3.1國規(guī)范計算式在一般工業(yè)與民用建筑中,當采用內(nèi)部振動器時若混凝土的澆注速度在以下,新澆注的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力,可按下列二式計算,取二者中的較小:式中T——混凝土溫度(℃；F—新澆混凝土的最大側(cè)壓力(kN/m2)；V—混凝土的澆注速度(m/h)；h—混凝土側(cè)壓計算位置處至新澆混凝土頂面的高度m)；——混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當混凝土坍落度小于3cm取0.85；5～9cm取1.011～15cm時取1.15；——外加劑的影響修正系數(shù)，不摻加外加劑時取1.0,具有緩凝作用的外加劑時取1.2由于是泵送混凝土，所以，必摻外加劑，塌落度必大于11cm，所以，對于送混凝土，上述計算公式為：該公式對混凝土側(cè)壓力的主要影響因素,考慮較為詳細主要考慮下列因素的影響澆注速度澆注時混凝土溫度、混凝土的稠度及外加劑，公式的形式也簡單明確在模板設(shè)計中有著廣泛的應(yīng)用，但該公式只適宜于澆注速度在以下的情況,響了它在澆注速度較大的泵送混凝土側(cè)壓力計算中的應(yīng)用。3.2國規(guī)范計算式混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定的混凝土側(cè)壓力是以流體靜壓力原理為礎(chǔ)并結(jié)合澆注速度與側(cè)壓力的試驗數(shù)據(jù)(包括泵送混凝土的試驗資料)而建立的改善了原規(guī)范公式對澆注速度大于時側(cè)壓力偏低的情況。該規(guī)范中新澆注的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力可按下列二式計算,二者中較小值:式中——新澆混凝土的重力密度t0—混凝土初凝時間,其計算公式式中β1——取值同前面的Ksβ2——取值同前面的由于是泵送混凝土所以必摻外加劑塌落度必大于混凝土重力密度一般為23.5kN/m3～計算取r=24.0kN/m3，所以，對于泵送混凝土，上述計算公式為：3.3國冶金建筑研究總院建議的計算方法對于采用泵送工藝的新澆注混凝土,其對鋼模板產(chǎn)生的最大側(cè)壓力按下式計算：有效壓頭為

精心整理式中,新澆混凝土的初凝時間(可實測在尚未制定統(tǒng)一的標準測定方法之前,議可暫用貫入阻力法測定一般為6h)。該計算公式適用于混凝土有效壓頭的情況；若h>H時則取其中H為澆注總高度,位為m混凝土重力密度計算取r=24.0kN/m3則公式可變?yōu)椋?.4種計算公式的對照在室溫情況下（T(t0)=20℃）三種公式為：從圖中看出，規(guī)范計算式偏小，冶金建筑研究總院建議的計算方法偏大，規(guī)范計算式較為合理。當V≤2.0m/h時規(guī)范與范計算結(jié)果較為接近。三種計算公式對照圖3.5GB50204-92規(guī)范計算式參數(shù)選擇泵送混凝土條件下，壓力計算公式為：T般在℃～℃之間變化，當V分別為4.0m/h、6.0m/h、8.0m/h時，為：混凝土最大側(cè)壓力與施工溫度關(guān)系圖當V別為1.0m/h、2.0m/h、4.0m/h、、8.0m/h，hmax為：混凝土有效壓頭與施工溫度的關(guān)系圖從上圖可看出，當模板高度低于1.4m時不需要考慮混凝土初凝時間即澆筑速度對模板側(cè)壓力的影響?；炷羵?cè)壓力分布見下圖。側(cè)壓力計算分布圖其中：h有效壓頭高度h=F/（m）泵送混凝土條件下側(cè)壓力由兩個因素決定—混凝土初凝時間和混凝土澆筑速度所以凝土初凝時間和混凝土澆筑速度成為確定混凝土對模板的側(cè)壓力大小的關(guān)鍵。由于這兩個參數(shù)波動特別大，混凝土初凝時間在1℃～10℃之間波動，混凝土澆筑速度可在0.1m/h～40m/h波動，如此大的差距，對模板的設(shè)計至關(guān)重要，這也正是高支模易發(fā)生垮塌的重要原因?；炷脸跄龝r間與試驗室初凝時間不同驗室計算初凝時間從水泥加水開始而作為計算模板側(cè)壓力的混凝土初凝時間則是從混凝土入模開始算起。混凝土初凝時間與混凝土施工溫度有如下關(guān)系：根據(jù)《建筑工程冬期施工規(guī)范JGJ104-97規(guī)定：當室外日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定低于5℃即進入冬期施工，當室外日平均氣溫連續(xù)5d穩(wěn)定高于℃即解除冬期施工。所以混凝土的最低施工溫度為5℃。夏季高溫時施工混凝土入模溫度要求不高于28℃，當溫度高于28℃時即采取降溫措施，所以，混凝土的最高施工溫度為℃。作為模板設(shè)計要求的混凝土施工溫度范圍為：5℃～℃，與此相應(yīng)的混凝土初凝時間為：10～混凝土施工溫度與初凝時間關(guān)系見下圖。混凝土施工溫度與初凝時間關(guān)系圖影響混凝土澆筑速度有三個環(huán)節(jié)凝土攪拌站生產(chǎn)能力凝土的運輸能力凝土的泵送能力，一般情況下，這三者是相互配套的、協(xié)調(diào)的，而且一般情況下，三者之間的關(guān)系為：混凝土攪拌站生產(chǎn)能力﹥混凝土的運輸能力﹥混凝土的泵送能力尤其在使用商品混凝土時所以混凝土澆筑速度一般按照輸送泵的能力來確定?；炷帘玫膶嶋H平均輸出量，可根據(jù)混凝土泵的最大輸出量、配管情況和作業(yè)效率，按下式計算：Q1＝α1×η式中——每臺混凝土泵的實際平均輸出量（；Qmax—每臺混凝土泵的最大輸出量（m3/h）；α1——配管條件系數(shù)?？扇?.8～0.9；

精心整理η——作業(yè)效率。根據(jù)混凝土攪拌運輸車向混凝土泵供料的間斷時間、拆裝混凝土輸送管和布料停歇等情況，可取0.5～0.7。作為模板設(shè)計荷載取值宜考慮最不利工況也即各種參數(shù)宜取高值這樣混凝土泵的實際平均輸出量計算公式就為：Q1＝混凝土澆筑速度就為：式中：V—混凝土澆筑速度（m/h）；A—結(jié)構(gòu)截面積（m2）。設(shè)計模板和支撐時，首先對荷載的選擇應(yīng)特別慎重，一定要考慮最不利工況，否則，即使模板、支撐的設(shè)計計算有多么詳細、合理，仍然隱含了巨大的安全隱患。此外，模板、支撐的設(shè)計一定要注明施工條件混凝土的初凝時間和混凝土的澆筑速度工過程要嚴格控制可保證施工安全。4荷載設(shè)計與其說模板設(shè)計，不如說荷載設(shè)計，因為大多數(shù)情況下，模板是現(xiàn)成的，或者由于經(jīng)濟的、便于操作等的原因，模板的設(shè)計重量是有限度的，也即模板的承載能力是有限度的。所以，在施工現(xiàn)場，尤其是利用既有模板的情況下荷載設(shè)計比模板設(shè)計更加合理和有效以舉例說明這一情況。鋼模板采用P3015（），內(nèi)鋼楞采用2根Φ51×3.5鋼管，間距為750mm，外鋼楞采用同一規(guī)格鋼管，間距為900mm，對拉螺栓采用M18，間距為鋼材抗拉強度設(shè)計值：為215N/mm2，普通螺栓為鋼模的允許撓度：面板為1.5mm，鋼楞為3mm4.1模板強度確定的最大側(cè)壓力（1）計算簡圖（2）按模板強度確定的最大側(cè)壓力P3015鋼模板（）截面特征，Ixj=26.97×104mm4，化為面均布荷載：當采用泵送混凝土時，傾倒混凝土時產(chǎn)生的水平荷載為：6×1.4×0.85=7.14kN/m2。模板側(cè)壓力設(shè)計值為：混凝土側(cè)壓力標準值為：F1=F/(1.2×0.85)=52.357kN/m2按照模板強度確定的混凝土最大側(cè)壓力為：52.357kN/m2（3）按模板撓度確定的最大側(cè)壓力化為面均布荷載：當采用泵送混凝土時，傾倒混凝土時產(chǎn)生的水平荷載為：6×1.4×0.85=7.14kN/m2。模板側(cè)壓力設(shè)計值為：混凝土側(cè)壓力標準值為：F1=F/(1.2×0.85)=40.218kN/m2按照模板強度確定的混凝土最大側(cè)壓力為：40.218kN/m2綜上計算，按照模板的承載能力確定的混凝土最大荷載為4.2照內(nèi)鋼楞承載能力確定混凝土最大側(cè)壓力（1）強度驗算內(nèi)鋼楞采用兩根Φ50×3.5mm鋼管，其截面特征為：I=2×14.81×104mm4,W=2×5.81×103mm3。計算簡圖：

精心整理〔σ〕=215N/mm2Mmax=〔〕q1max=Mmax/0.1×L2=2498.3×103/0.1×9002=30.843N/mm化為面荷載：Fmax=（30.843-7.14）（）=23.238kN/m所以，與模板的承載力相差太大，改為兩根［輕型槽鋼，其截面特征為：。Mmax=〔〕化為面荷載：Fmax=（58.289-7.14）（）（2）撓度驗算〔ω〕所以（1.2×0.85）綜上計算，按照內(nèi)鋼楞承載能力確定的混凝土最大側(cè)壓力為4.3照對拉螺栓確定的混凝土最大側(cè)壓力對拉螺栓的規(guī)格和性能見下表。對拉螺栓的規(guī)格和性能螺栓直徑（）M12M14M16

螺紋內(nèi)徑（mm

凈面積（mm2）

容許拉力（kN每個螺栓所承擔的最大壓力面積為內(nèi)、外鋼楞間距，如0.75×0.9=0.675m2如果按照與模板最大側(cè)壓力相匹配，則每個螺栓所承擔的最大拉力為：40.218kN/m2×0.675=27.147kN，所以選擇螺栓。4.4照扣件容許荷載確定混凝土最大側(cè)壓力扣件容許荷載（kN）項目碟型扣件扣件

型號型型型型

容許荷載

精心整理扣件的選擇應(yīng)與拉筋相配套。所以，決定模板施工安全的環(huán)節(jié)有模板、鋼楞、拉筋、扣件，荷載必須按照最薄弱環(huán)節(jié)來設(shè)計。一般情況下設(shè)計原則為扣件能力≥筋能力≥鋼楞能力≥模板能力。4.5制荷載當明確了模板系統(tǒng)的承載能力后那么施工時就必須控制荷載不得大于設(shè)計荷載影響混凝土側(cè)壓力的兩個因素即混凝土初凝時間和混凝土澆筑速度以施工時應(yīng)嚴格控制混凝土初凝時間和混凝土澆筑速度。仍以組合模板為例，混凝土最大容許側(cè)壓力為Fmax=40.218kN/m2，則有：混凝土初凝時間與澆筑速度有如下關(guān)系圖：混凝土有效壓頭為：hmax=Fmax/24.0=40.218/24=1.68m也就是說，當模板高度不超過時