基于混凝土浇筑条件下的模壳墙侧压力分析

基于混凝土浇筑条件下的模壳墙侧压力分析

潘健[1] ,王彬彬[2]

浙江宏杭建设有限公司，浙江省杭州市，310000[1]  浙江博麒装饰有限公司，浙江省宁波市，315000[2]

摘要：装配式模壳墙结构是基于装配式混凝土结构，在施工现场装配化安装模壳构件后，现场浇筑模壳，以形成完整模壳墙体系的结构。模壳构件主要由模板、钢筋、拉结件、安装附件构成。随着装配式混凝土结构的普及和推广，正在尝试将模壳墙结构用于地下室外墙，模壳墙高度一般高于上部结构，模壳墙在浇筑混凝土过程中，侧向压力和变形相应变大。基于上部结构模壳墙研究，进一步分析普通混凝土体系的侧压力，进而反映模壳墙体系侧压力分布的合理性。结合工程实际和规范要求，混凝土侧压力的影响因素主要有坍落度、混凝土容重、初凝时间、温度、浇筑方式、速度及振捣方式，这些因素中，有些是可忽略因素，有些是次要因素，有些是主要影响因素。为更好反映侧压力分布，检测模壳墙强度，应确定并选用最主要的影响因素作为试验方案设计依据。

关键词：混凝土浇筑条件；模壳墙侧压力；分析

一、混凝土侧压力影响因子的定义

混凝土侧压力影响因素中的变量很难进行比较。因此，引入相对因子概念，用以衡量各参数对侧压力的影响程度。正确计算影响因子是关键，除基础所占比例算法外，本文还涉及两者基本算法。

（一）规范公式对比法求影响因子

影响因子的确定有多种方法，最直观的方法是比较各类经验公式、规范公式，可得到各规范对变量的考虑程度，根据是否考虑变量确定不同影响因素的影响因子大小（见表１）。以GBJ204-83《钢筋混凝土工程施工及验收规范》和GB50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》为例，两者公式差异性在于是否考虑重度因素。

表１  各类规范公式中的考虑因素

（二）曲线拟合求影响因子

曲线拟合核心原理是基于最小二乘法公式，通过最小化误差平方，寻找数据的最佳函数进行匹配。通过相关数据，从中寻求数据的一般规律。在侧压力因素中引入误差概念，借助相关系数、统计量、剩余标准偏差判断结果，从而得到相关函数方程。函数方程斜率即所需的影响因子。

二、混凝土影响因子

（一）混凝土重度对侧压力的影响因子

对比规范考虑因素，参考表１可知，GBJ204-83和GB50204-2015的区别在于两者是否考虑重度因素。这两个规范计算公式一样。因此，对比两种规范得出的结果可很好反映重度对侧压力的影响。即运用这两种规范，所求结果间的偏差可反映影响因子的大小。

（二）混凝土坍落度对侧压力的影响因子

坍落度可参考JGJ162-2008《建筑施工模板安全技术规范》，其中坍落度的影响通过调整系数β体现，数值取决于坍落度大小，如表２所示。影响因子大小为±0.15。

表2  坍落度调整系数取值

对混凝土坍落度进行试验，对比坍落度为32，93mm的测点在0.7，0.9，1.1m处的侧压力，表明浇筑过程中侧压力最大值位于机械振捣阶段。不同位置、不同坍落度、机械振捣阶段的侧压力可通过饰演数据计算相应影响因子。

（三）浇筑速度对侧压力的影响因子

浇筑速度不作为修正系数存在于公式中，但影响因子需考虑高角度时，冲击荷载对结构侧压力产生影响。因此，浇筑速度影响因子非常重要。在自密实混凝土模板侧压力试验中，设置1.6，3.2，6.4m/s的速度变量，通过分析图像，表明浇筑速度越大，初始侧向压力越大。普通混凝土侧压力与自密实混凝土侧压力图像不同，这是由于自密实混凝土具有优秀的流动性能，无须振捣，而普通混凝土具有浇筑顺序，且需要振捣，导致普通混凝土浇筑结构最大侧压力位于底部，而后慢慢上移。对此，以不同时间节点作为变量，选用相应侧压力最大测点数据作为最大侧压力，对比各浇筑速度构件。通过整理数据，可获得相应速度和侧压力间的数据，比对后得到结果。史晓婉等通过设置浇筑速度异常大的试验组，研究冲击荷载的影响。选用5m/s的低浇筑速度，施加额外冲击荷载模拟高浇筑条件下的冲击荷载，通过相同手法，对比浇筑速度求侧压力过程，可得到冲击荷载的影响。

（四）初凝时间与温度对侧压力的影响因子

在《建筑施工模板安全技术规范》中，混凝土初凝时间与入模温度相关，且凝固过程伴随大量水化热。由此可见，初凝时间与温度相关。初凝对混凝土侧压力的影响在公式上主要体现为与入模温度相关，但不能直观表现混凝土温度和侧压力间的关系。所以可利用最小二乘法，通过初凝时间和侧压力关系进行线性拟合。参考桥墩模板侧压力试验数据，通过拟合得到式（1）：

（1）

式中：P为侧压力；t为初凝时间。通过对拟合参数进行方差分析，置信度水平为0.05，即在95%置信度水平下，初凝时间对侧压力具有显著影响。该公式建立在大体积混凝土基础上，和现浇混凝土间可能存在偏差，认为影响因子为0.11。

由于数据拟合存在误差，因此对照分析文献中的试验，验证数据可靠性。基于温度影响，确认混凝土凝结时间，通过分析侧压力，筛选其中的试验。以因温度变化造成膨胀的时间点作为初凝时长，对应图上初凝时间，确认侧压力值，计算影响系数，并比对最小二乘法拟合影响系数。

分析温度方面的影响时，可假设混凝土材料为材料力学考虑的范围。计算混凝土变形后推导应变，反求应力确定侧压力大小。温度引起的混凝土变形，按式2计算：

（2）

式中：εＴ为ｔ时刻混凝土的热膨胀系数；Ｔ为ｔ时刻混凝土内部温度；αＴ为常数。热膨胀系数εＴ的值以8.0×10-6～10.0×10-6为主，取中间值9.0×10-6。模板侧压力与混凝土应变通过式（3）进行转换：

（3）

式中：P为侧压力；ε为应变量；ｋ为率定系数，约为0.97。按赵智辉等对热膨胀系数的选择计算构件，通过温度算出应变大小。利用温度与模板侧压力求出的应变进行图形迭代，可以发现，混凝土在温度作用下的主要应变是由于混凝土自身收缩变形所导致，本质属于温度间接引起，通过相应因子求出相应应力，与温度进行比较。应力的求解采用材料力学原理，计算可得影响因子。将结果对比试验数据，从而验证结论可靠性。

（五）振捣方式对侧压力的影响因子

对振捣方式的研究主要以振捣深度为主，参考文献的结论，基于7组试验，以振捣深度和二次振捣为研究对象，得到侧压力分布，可知振捣深度对模板侧压力有较大影响。对比模板底部的侧压力，假设50cm处的最大侧压力数值为１，分层浇筑深度为100cm处的最大侧压力数值则为1.3，振捣深度300cm处的最大侧压力为1.55。模板底部向上50cm处的侧压力数据依次为1.2和1.38。对该数据进行最小二乘的数据拟合，得到相应直线，通过求解直线斜率，得到影响因子数值。

参考文献：

[1]赵勇，吴智伟，谢卓文，等．装配复合模壳体系混凝土剪力墙抗震性能试验研究[J]．土木工程学报，2020，53（11）：36-45．

[2]张文学，李增银，刘龙．混凝土模板侧压力公式对比分析[J]．工业建筑，2014，44（7）：132-136．

[3]李文广．新浇筑混凝土模板侧压力影响因素试验研究[J]．铁道建筑，2019，59（11）：37-40，45．

[4]唐永祥．国家标准《钢筋混凝土工程施工及验收规范》（GBＪ204—83）简介[J]．建筑技术，1985（1）：45-51．

[5]中国建筑科学研究院．混凝土结构工程施工质量验收规范：GB50204—2015[S]．北京：中国建筑工业出版社，2014．

[6]中国建筑科学研究院．混凝土结构工程施工规范：GB50666—2011[S]．北京：中国建筑工业出版社，2011．

[7]史晓婉，龚剑，佘逊克．自密实混凝土模板侧压力试验研究[J]．建筑施工，2015，37（10）：1232-1234．

[8]郭亚娟．桥墩模板侧压力的试验研究[J]．国防交通工程与技术，2016，14（1）：1-5．

1作者简介：潘健，男，1977.10.31，汉族，浙江省杭州市人，本科，专业：土木工程，研究方向：建筑施工，职称：助理工程师。

2作者简介：王彬彬，男，1989.2.12，汉族，浙江省温岭市人，本科，专业：土木工程，研究方向：建筑施工，职称：助理工程师。