湖北框架结构综合大楼模板支架抗连续倒塌技术报告

4单项技术报告（一）考虑与结构共同作用的模板支架抗连续倒塌分析及施工关键技术目录TOC\o"1-2"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc290559191"1课题的背景与提出93HYPERLINK\l"_Toc290559192"1.1课题研究的工程背景93HYPERLINK\l"_Toc290559193"1.2国内外研究现状97HYPERLINK\l"_Toc290559194"1.3课题研究的目的101HYPERLINK\l"_Toc290559195"1.4课题主要内容及技术主线102HYPERLINK\l"_Toc290559196"2模板支撑体系理论概述102HYPERLINK\l"_Toc290559197"2.1模板支撑架的主要计算方法102HYPERLINK\l"_Toc290559198"2.2模板支撑体系计算基本假定108HYPERLINK\l"_Toc290559199"2.3施工过程及荷载特点110HYPERLINK\l"_Toc290559200"2.4施工期结构抗力特点及计算112HYPERLINK\l"_Toc290559201"3考虑与结构共同作用的模板支撑体系试验研究114HYPERLINK\l"_Toc290559202"3.1早龄期混凝土基本力学试验114HYPERLINK\l"_Toc290559203"3.2施工期钢筋混凝土框架模型试验124HYPERLINK\l"_Toc290559204"3.3实验小结143HYPERLINK\l"_Toc290559205"4.模板支架抗连续倒塌数值分析144HYPERLINK\l"_Toc290559206"4.1模型分析基本假定145HYPERLINK\l"_Toc290559207"4.2模板支架整体稳定及抗连续倒塌分析147HYPERLINK\l"_Toc290559208"4.3楼盖梁板下部支承模板支架整体稳定分析152HYPERLINK\l"_Toc290559209"4.4与规范建议计算公式的安全性比较154HYPERLINK\l"_Toc290559210"4.5结论及建议155HYPERLINK\l"_Toc290559205"5.实施效果、关键技术及创新点1551课题的背景与提出1.1课题研究的工程背景模板支撑系统的应用概况模板工程是混凝土结构建造中一个量大面广的项目，其中模板和钢管支撑在施工造价中占相当的比重，昂贵的租赁费用和一次性投资占到主体施工费用的30％左右，由此可见合理选择模板支撑系统的方案对建筑施工非常重要。尤其到了二十一世纪，随着大量高层、超高层建筑的涌现，施工单位对模板工程的技术和安全等方面的要求越来越高。模板支撑系统是随着模板工程技术的进步而逐步发展起来的。很长一段时间，与模板工程相配套的支撑系统普遍采用的是木支撑或竹支撑，一直到20世纪初，英国首先应用了用连接件与钢管组成的钢管支撑，并逐步完善发展成为扣件式钢管等工具式支撑。鉴于这种支撑具有加工简便、拆装灵活、搬运方便、通用性强等特点，很快推广应用到其他国家。目前在许多国家已形成各种形式的多立杆钢管支撑，这也是我国最普遍的模板支撑形式。到了二十世纪50年代，美国首先成功研制了门式支撑，由于它具有承载力好、使用安全等特点，发展较快。在法国、德国、意大利等国家还出现了与门式支撑相似的梯形、四边形和三角形等模板支撑系统。目前在欧洲、日本等国家，门式支撑的使用程度是最广的，占各类支撑的50％左右。我国也使用了门式模板支架，但推广程度不够，主要用于桥梁、大型建筑物、超高层建筑等。二十世纪60年代以来，碗扣式钢管支撑得到大量的开发和应用，这种支撑结构形式和扣件式钢管支撑的结构形式基本相似，但比扣件式支撑的稳定性高，在欧洲的应用较为广泛，东南亚和我国也有少量的应用。目前，由于扣件式钢管模板支架施工方便、快捷、适应性强，在工程项目中得到了广泛应用，成为我国最常用的模板支撑形式，占到模板支撑量的75％以上，在许多大型工程中也使用过门式支撑及碗扣式支撑，但由于价格较高等原因没有得到广泛地推广，但是由于其二者具有搭设高度高、刚度大、承载力好等优点，仍将是今后模板支撑发展的重要方向。支撑形式的选择不是任意的，除了利用支撑本身的特点外，还要考虑施工要求和施工经验来综合权衡比较。工程实际中选择模板支撑系统的形式时主要注意以下几个方面：①确保杆部件节点的连接规范，传力方式明确，使用可靠。钢管支撑系统的承载力取决于支撑杆件的承载力、结构形式和节点性能以及整体稳定性。若受力不明确，就难以其是否安全可靠。②使支撑立杆尽可能的承受轴心荷载，避免或减少偏心作用。③让水平杆和斜杆来承受水平力。④通过加强整体连接件来确保支撑的整体稳定性。⑤采用合适的配件使支撑架构造尺寸规范化，减少随意性搭设，避免小稳定结构和可变节点的出现（即受力后产生较大的垂直、水平变位和角变位）。⑥通过发展系列化配套产品来满足不同应用场合和荷载情况的要求。施工期模板支撑体系存在的问题长期以来，施工期模板支撑体系的安全控制以经验为主，缺乏现场实测的基础和有效的计算分析。随着城市建设日益发展，建筑行业处在一个前所未有的高速发展期，一方面，高层与超高层建筑增多；另一方面随着人民生活水平的上升，住宅条件逐渐改善，人们对建筑物的多功能性和造型美观提出了更高的要求。而这些建筑一般采用混凝土结构，施工过程的共同特点就是混凝土施工量大、工期长、质量要求高。再加上业主对投资周期要求的缩短，在下层甚至多层混凝土主体结构尚未达到设计强度要求时就开始浇注上层主体结构己成为必然。于是多层模板支撑体系应运而生，成为现在施工单位普遍采用方法，施工周期一般为10天一层、7天一层、5天一层甚至更短。从工程进度的角度来讲，结构工程的施工速度，很大程度上也取决于模板工程的进度，因此对各楼层的水平结构而言，就需要有更多的模板及支撑架才能满足工程进度的要求。除此之外，特殊混凝土结构也发展迅速，这些特殊的混凝土结构通常占地面积、空间跨度和自重都比较大，比如高架结构、桥梁结构、高空悬挑结构等，原有的施工经验难以保证施工质量和安全，这对编制模板支撑体系方案提出了新的要求：第一，目前我国的混凝土结构设计规范和模板技术规范没有对施工期模板支撑结构体系的整体受力分析提供方法或建议及思路，也没有提供较统一的安全度要求，各种地方性规程(如上海地区的钢管扣件水平模板的支撑系统安全技术规程等)对统一和规范全国范围内模板支撑体系的设计及施工的指导作用有限，存在着地区间差异；第二，模板设计的相对滞后，在模板支撑向大跨度及大高度楼面发展的今天，不少设计方案还停留在将常规的多立杆支撑系统套用到大跨度和大高度楼面工程中的阶段；第三，计算假定与实际情况有较大出入，现有的分析模型不能准确刻画施工期混凝土结构和模板支撑架的受力特性，对施工期结构安全以及施工经济性、技术合理性产生了很大的影响。体现在假定：①楼板结构是刚性的，而且支撑体系相对于楼板构件也是刚度无限大的；②楼板构件通过支撑相互连接，新增荷载时，所有楼板挠度相等，同时楼板承受部分增加荷载，其承载能力与楼板刚度成正比；③各层楼板的刚度相等，所有荷载由相互连接的楼板平均分担。实际的多层模板支撑体系是包含模板、支撑、主体结构的综合体系，它反映了模板支撑架与主体结构的协同工作的机理；支撑体系之间并不是独立存在的，而是具有相互影响、应力重分布的关系；另外由于混凝土龄期的差异，使用楼板刚度相等的假定与实际情况也不相符；模板支撑体系中存在的各种结构形式及施工方法对混凝土结构受力具有较大的影响等等，这些都给模板支撑架的准确计算及设计带来了很大的难度。1.1.3对施工期模板支撑体系研究的意义首先对于多层模板支撑系统的研究可以保证施工时的生产安全。现浇混凝土结构施工过程中，首先由多层模板支撑体系承担新浇注的楼层混凝土的重力荷载和施工活荷载，然后模板支撑再将荷载传给已浇注好的数层楼板上。由于施工周期短，这些承担施工荷载的楼板混凝土仍处于养护期，混凝土还尚未达到设计强度，加上模板支撑设计理论的不完善，而这些施工荷载又存在较多的不确定性，有时甚至会超过混凝土结构正常使用状态所承担的设计荷载。由此造成现浇混凝土结构出现安全质量事故，严重时会出现模板支撑结构以及现浇混凝土结构倒塌的现象。大量的统计资料表明，结构在施工过程中的安全性远小于使用期的安全性。以美国为例，大约57％的工程破坏事故出现在施工阶段；在俄罗斯，这个比例约为70％，我国则更为突出，叶耀先在对1958～1987年间国内285起较大的建筑结构倒塌事故进行的分析表明，施工期间发生的安全事故占83％，而根据近10年357起倒塌事故统计显示，有78％的事故发生在施工阶段。表1.1为近年来一些典型的模板支撑系统坍塌事故。表1.1模板支撑系统坍塌事故项目名称事故时间事故原因伤亡人数广州市番禺区黄埔埔大桥北京西单西西丁程程上海奉贤青村镇某某厂房广东江门益华商业业广场杭州滨江斯达康浙江紫金港某活动动工程杭州滨江高教园区区自贡市鸿鹤大桥深圳盐坝高速公路路工程南京电视台演播大大厅工程2007.52005.92005.42003.102003.22002.72002.42002.22000.112000.1桥面施工时，支撑撑架倒塌浇注楼板时支架失失稳大梁施工时，支撑撑架倒塌模板支架整体倒塌塌屋顶砼浇筑支架倒倒塌浇筑弯项时模板倒倒塌高处坠落事故支架失稳，桥面倒倒塌模板支架塌陷模板支撑体系整体体倒塌3死，1伤8死，10伤2死，4伤16死，5伤9死，17伤3死，2l伤l死3死，11伤33伤6死，35伤在高层和超高层的混凝土结构施工过程中，能否在保证安全的情况下，高效应用新型模板技术直接关系到工程的经济效益，现浇混凝土结构模板工程约占混凝土结构工程总造价的l／3和总用工量的1／2左右。模板的选用及设计计算方法对混凝土结构工程成本控制至关重要。为此，要加大研究和开发模板施工新技术、新产品，不断完善模板支撑体系的设计计算模型，以满足不同开间、不同结构形式混凝土结构的施工要求。模板支撑体系的受力特性是非常复杂的，存在诸多不确定性因素。首先在模板支撑架作用时，现浇钢筋混凝土结构包含尚处于低龄期的混凝土构件，混凝土的力学性能并未发展成熟，随着混凝土龄期的增长，整个结构的抗力和内力均会发生改变，而且在大跨度、大楼面高度的模板支撑系统中，支撑架的刚度不是无穷大的；其次，模板支撑架与钢筋混凝土结构之间存在着空间上的对应关系，构成了模板支撑与主体结构之间共同作用的体系，而在施工结束前结构并未能形成完整的承载体系；再者，施工阶段荷载分布非常复杂，施工期内荷载对结构的荷载效应和结构使用期的荷载效应也有所不同；施工阶段各项人为操作失误也是导致模板支撑结构体系处于施工期事故频发的重要原因。这些客观条件的限制和施工过程中的人为因素，导致施工期内建筑结构失效概率高于正常使用阶段。因而对于模板支撑体系的研究意义重大，不仅重要，而且紧迫。1.2国内外研究现状近年来，虽然国内外断断续续都在对施工期混凝土结构性能和模板支撑受力性能进行着研究，但少有建立在现场实测和试验的基础之上，并缺少准确的分析模型和方法，适用面太窄，结果难免不够准确，因而很难应用在实际工程中。由此可见，施工期模板支撑结构体系受力性能的研究仍然是一个有待充实和完善的课题。现阶段对于钢筋混凝土结构模板支撑体系的研究尚欠完善，研究主要为以下几个方面。早龄期混凝土时变特性建造中的混凝土结构是慢速时变结构，混凝土材料的物理力学性能（如弹性模量与抗压强度等）随浇筑后龄期的发展而变化，属于物理力学性能随时间变化的系统。又因为混凝土结构是分时分段逐步浇筑，建造中的暂态结构的几何形状和约束条件随时间发生变化，形成一个因建造材料的物理力学性能不断变化而导致力学传递路径不断变化的时变力学结构系统。另外，建造过程中的施工荷载工况也随着时间的变化而变化。因此，建造中的混凝土结构是材料特性、几何模型、约束条件和施工荷载随着建造过程的推进而变化的复杂力学分析模型，与以服役期的时不变结构系统为设计对象的常规结构设计计算模型有很大差异。关于早龄期混凝土力学性能随时间的变化规律，国内外的研究主要集中于标准养护条件下早龄期混凝土的弹性模量和抗压强度发展规律的研究。对于标准养护条件下早龄期混凝土弹性模量和抗压强度随时间变化的关系，N.J.Gardner以及Carino分别根据材料试验得到的数据，建立了考虑养护温度和龄期的强度计算公式。朱伯芳根据中国水利水电科学研究院的试验结果，深入全面地研究了早龄期混凝土的抗拉强度、极限拉伸变形，以及早龄期混凝土弹性模量的时变规律，分别给出了指数型、双曲线型、对数型和插值公式型的混凝土抗压强度和弹性模量随材料成熟度发展的经验公式。以上各国学者分别根据各自的试验样本建立了关于早龄期混凝土力学性能的经验公式，他们的研究成果为进行施工期混凝土结构的内力分析以及计算构件的抗力性能提供了条件。而目前，在对混凝土结构施工过程模拟和安全性分析中通常是采用使用期结构设计规范的计算模式，混凝土材料的各项力学指标参数的时变模型多选用根据大量试验样本统计得到的规范公式，如：美国ACI209R-92和欧洲模式规范CEB-FIPMC90等。模板支撑倒塌原因的研究北美学者Ayyub提出，由于施工设计准则与施工措施不当造成的安全事故占施工总事故的50％。引起模板支撑倒塌的原因主要有：支撑设置不够、早龄期混凝土养护龄期不够、过早拆除模板支撑、施工荷载估计不当等。而对于拆除模板支撑引起的事故，美国学者D．VRosowskyetal提出由于拆模时混凝土还未达到28天龄期，所以一旦拆去模板支撑后，混凝土梁板自身的刚度和强度还不足以抵抗荷载引起的作用，进而引起结构本身的一系列问题。施工荷载的不确定性也是导致模板支撑出现倒塌事故的一个重要的原因。施工荷载包括混凝土的自重、模板和钢管自重、机械设备和施工人员引起的荷载以及风荷载等。美国研究学者Pengetal通过数值分析的方法得到各种荷载形式下支撑的承载能力，并在对模板支撑体系的调查中，得到施工荷载的多样性对支撑内力及板的弯曲影响是最主要的。清华大学赵挺生等基于理论分析和现场实测以及对模板支撑施工误差和时变结构体系承担施工荷载的随机性的认识，建立了钢筋混凝土结构施工期设计分析方法，并用钢筋混凝土结构施工期设计分析的实例加以说明。张传敏等通过对一批钢筋混凝土结构施工期间活荷载的现场调查统计和分析发现施工活荷载中堆积荷载是主要的施工活荷载，并可以用指数分布描述对指数分布的参数进行估计并将施工活荷载转化为均布荷载。方东平等通过对一批案例的分析和计算，讨论了结构设计因素、施工周期、施工活荷载以及支模层数等对安全指标的影响。模板支撑体系计算模型的研究对模板支撑体系受力性能进行分析，需建立合理的分析模型。早在上世纪50年代，人们就开始探索时变结构的分析模型，相继提出精确分析模型、简化分析模型和精化分析模型以及等效框架分析模型等。.1精确分析模型瑞典人Nielsen于1952年首次提出的精确分析模型，指出模板支撑系统是连续均匀分布的弹性支撑，支撑楼板是弹性板，不考虑承担施工荷载的楼板混凝土材料的收缩徐变，且忽略模板支撑体系的扭矩和剪力作用。该模型可同时求得模板支撑体系的支撑轴力以及楼板内力，将支架看成是夹在混凝土楼板之间的弹性均质层，与结构共同工作，支架和楼板承担荷载统一以荷载比率表述。荷载比率定义为模板支架内力或楼板承担施工荷载与楼板重力荷载加模板自重之比。该法计算精度高，但计算较繁琐，实用性不强。.2简化分析模型1963年，GrundyandKabaila对板柱结构提出了一种考虑结构施工过程模板支撑和楼板共同承载的简化结构分析方法，该法简单明了且具有较好的工程精度，便于从事施工行业的工程师使用，并被美国ACI347委员会推荐到混凝土模板工程设计中使用。此法假定支撑架为无限刚性连杆，各层楼板的抗弯刚度相同，当新增荷载时，所有楼板的挠度相等，将支撑架的反力视作均布荷载处理，基础视为无限刚性。由此来确定楼板、模板支架或二次支架承担的施工荷载：①工序A即浇筑顶层楼板：新浇筑楼板的重力荷载由其下的支撑和楼板按刚度比例分担；模板支撑架或二次支撑架上的荷载，直接根据力的平衡条件确定；②工序B即拆除最底层模板支架或二次支架：最底层模板支架或二次支架承担的施工荷载，由其上的楼板按刚度比例分担；模板支撑架或二次支撑架上的荷载，直接根据力的平衡条件确定。1974年，R．K．Agarwal和N．J．Gardner对两栋板柱结构进行施工过程支撑内力的现场测试，并对简化模型进行了修正。此后，有关模板支撑体系的研究，新的进展不大。进入20世纪80年代，伴随着多高层建筑现浇混凝土结构的飞速发展，对钢筋混凝土结构施工期间模板支撑性能的研究再次成为土木工程领域内的研究热点之一。国内有不少学者提出过不同的计算方法。如1992年李惠明提出了基于简化方法的时变结构内力计算的连续方法，可以计算时变结构任一时刻的内力分布和位移。.3精化分析模型Liuetal提出了施工期结构分析的精化分析方法，构造了结构二维和三维计算模型，可以更精确地描述施工材料性质随时间而变化的规律，论证了结构二维计算方法的适用性，他使用蒙特卡罗法描述施工中各影响因素对结构的影响，同时也建立了冻解法来考虑施工期结构荷载的再分布影响。K.H.Mosallam通过考虑更多的施工参数和步骤，改进了精化分析方法，强调施工荷载分析中应考虑施工活荷载和模板支撑刚度的影响，通过考虑水平荷载作用，建立了设有斜支撑的施工期结构计算模型。从1983年开始，刘西拉和W．F．Chen对“楼板和支架相互作用结构体系"进行了系统研究，采用二维有限元方法，分析了支架为弹性杆件和不同边界条件对施工期结构荷载传递的影响，指出简化分析方法的计算结果基本合理，但仍低估了楼板的最大荷载值。为了更精确地描述施工过程，采用三维有限元方法对板的边界条件、基础刚度、柱的轴向变形、板的形状比(混凝土楼板长短跨之比)以及支架徐变等非线性因素，进行了全面研究。指出除支架刚度外，其它因素对施工期荷载的分配没有大的影响。1991年W．F．Chen等指出由于混凝土刚度增长、徐变和收缩等因素作用，养护阶段新浇筑混凝土楼板的自重，会在时变结构中按照其相应的刚度进行重新分配。并在精化分析方法和简化分析方法的基础上提出考虑这一因素的修正方法。1992年M．E1．Shraf和W．F．Chen在精确分析方法基础上，建立了通过位移协调条件考虑楼板变形累积效果的改进方法。.4等效框架方法对于板柱结构，施工阶段结构失效的一个主要原因就是板柱连接处抗剪能力不足。当用简化方法分析多跨板柱结构时，往往低估施工时变结构顶层板柱连接处的剪切应力。为此，Halvorsen，Parsons，Seivarors于1991年将等效框架法应用于施工期结构的分析，考虑了混凝土的早龄期性能、结构和支撑的刚度以及它们之间的相互作用。该法把支架按实际刚度简化为混凝土柱，采用等效框架方法，分析多高层建筑混凝土时变结构与模板支架承担的施工荷载。这种方法克服了简化方法不能考虑板柱节点间直接剪力和不平衡弯矩的影响。对施工过程中各种影响因素的分析表明：施工周期延长，楼板承担的最大施工荷载有减小的趋势；支模层数的增加，施工中楼板承担的最大施工荷载略有增加但影响不大；随着支撑刚度的增加，楼板承担的最大施工荷载也会增加；在两层支撑下设立一层二次支撑时，与不设立二次支撑相比，楼板承担的最大施工荷载的最大值有所减小；施工中必须特别注意避免使地基刚度过小。综上所述，发现对施工期混凝土结构和模板支撑的研究有些不足之处。研究多集中于板柱结构，对框架结构的实测施工周期长达15天，而对于目前每层5～7天的施工周期支撑体系内力分布规律研究较少；以研究结构的恒载传递规律为主，对活荷载的传递规律试验研究较少；研究主要集中在浇注楼板和拆除支撑阶段，对整个施工期尤其是混凝土养护阶段的混凝土结构和模板支撑系统受力特性研究较少。1.3课题研究的目的研究施工期与结构共同作用的模板支撑体系的受力性能，不仅能丰富和完善建筑结构设计理论，同时也为控制施工期建筑倒塌和质量事故提供技术保障，具有重大理论意义；其研究成果，可为施工企业科学优化施工方案、合理确定施工工期、保证施工质量和安全提供依据，具有实际应用价值和经济价值。本课题在总结归纳前人研究成果的基础上，通过实验室模型试验研究和有限元分析，得到施工期模板支撑体系荷载传递规律以及早龄期混凝土材料基本力学性能的变化规律，提炼出施工期混凝土结构和模板支撑体系协同工作的受力特点，对促进施工企业对模板支撑体系的设计计算向更合理的方向发展具有重要的意义。1.4课题主要内容及技术主线课题通过试验研究和理论分析，围绕施工期模板支撑体系的受力特点，对早龄期混凝土基本力学性能和施工期混凝土框架结构与模板支撑共同作用机理开展了研究，取得了相应研究成果，主要内容如下：（1）对同条件养护和标准条件养护下早龄期混凝土基本力学性能随时间变化的时变规律进行试验研究。参考美国ACI209R-92经验公式建立早龄期抗压强度和弹性模量与时间之间的函数关系，并运用Matlab数据处理软件对试验结果进行分析，计算出拟合方程系数，为施工阶段早龄期混凝土构件的抗力性能分析计算，以及施工过程模拟提供依据。（2）对施工期混凝土结构与模板支撑相互作用的机理进行试验研究，在实验室制作2榀两层单跨钢筋混凝土框架试验模型，在不同龄期对混凝土结构施加不同的荷载，分析施工期模板支撑体系的受力特点。以往研究资料表明：施加小于按照加载龄期混凝土力学指标计算得到的开裂荷载值的活荷载作用时，模板支撑体系为一线性系统；模板支撑系统承担的荷载随着混凝土龄期的发展而减小，并且受环境温度的影响。（3）运用有限元数值模拟方法对模板支撑体系在施工关键工序的受力特点进行研究。课题应用ANSYS有限元软件，建立施工期混凝土框架结构与模板支撑系统共同作用的计算模型，应用该法研究施工周期、混凝土龄期、荷载对混凝土结构与模板支撑系统共同作用规律的影响，并将有限元数值模拟结果与模型试验结果进行对比分析。（4）对课题工作进行总结，得出研究成果，对需要进一步开展的研究进行展望。2模板支撑体系理论概述2.1模板支撑架的主要计算方法规范规定的概率极限状态设计法在我国建筑工程领域，相对于碗口式钢管模板支架，扣件式钢管模板支架的应用更为广泛，我国《建筑施工扣件式钢管模板支架安全技术规范》JGJ130—2001对模板支架设计采用概率极限状态设计法，推荐的计算模型为：立杆的计算长度与立杆步距有关，与支撑架高度和水平杆的设置层数无关，把整个支撑架的稳定计算简化成单根立杆的稳定计算，并辅以安全系数。对模板支撑架立杆稳定性的计算应参考单、双排模板支架立杆的概率极限状态设计法，按以下公式（2.1）和（2.2）计算其立杆稳定性：不考虑风荷载时考虑风荷载时式中N——立杆轴向力设计值(KN)；A——立杆截面面积，当采用由对接扣件连接接头的双立杆时，应乘以0.75的折减系数；——按钢结构设计规范对轴心受压杆件的稳定系数进行取值；——风荷载设计值对立杆产生的弯矩，如果不是由整体稳定计算来确定单肢受力，则，式中，为风荷载标准值对立杆产生的弯矩；W——立杆截面的抗弯模量；f——钢材抗拉、抗压和抗弯强度设计值；若为新管，取205MPaQUOTE，若为旧管(重复使用)，则应乘以0.85的折减系数。计算轴向力设计值和计算长度时采用以下规定：①对于模板支撑架立杆的轴向力设计值N的计算，利用下列公式（2.3）和（2.4）：不考虑风荷载时考虑风荷载时式中：——由振捣混凝土、施工人员及设备对应的荷载标准值产生的轴向力总和。——由新浇混凝土自重、模板及支撑架重量和钢筋自重对应的荷载标准值产生的轴向力总和。②对于模板支撑架立杆的计算长度的计算，利用下式（2.5）：式中h——支撑架立杆步距；a——模板支撑架立杆伸出顶层横向水平杆中心线至支撑点的长度。另外，计算模板支撑架立杆稳定的主要部位包括：等步距和非等步距支撑架的首步架、非等步距支撑架的最大步距处、几何尺寸不规则时荷载负担最大且几何尺寸也最大的立杆段、双立杆变截面处主立杆上部单根立杆段。概率极限状态设计法利用欧拉稳定理论对支撑架的单根立杆进行计算，不能分析支撑架的整体稳定性。参考钢框架、格构柱整体失稳的计算方法模板支撑架是由横向水平杆、纵向水平杆和立杆组成的多层多跨“空间框架结构”，可以参考钢框架或格构式柱失稳来考虑其整体稳定的计算。.1理论分析对于格构式柱的轴心受压整体稳定，按照能量法准则，临界荷载公式为：其中——临界荷载；E——杆件弹性模量；——杆件绕曲时的单位剪切角；I——格构式柱的整体惯性矩。若绕虚轴屈曲，则计算临界荷载时不能忽略剪切应变能，需引入放大系数并采用换算长细比来计算单位剪切角。钢框架的整体稳定理论有多种计算方法，一般采用计算长度法，计算时把框架的稳定简化为柱的稳定。若要比较精确的计算框架极限承载力，则应考虑以下因素：①二阶效应，即轴力作用于杆挠度的效应和竖向荷载作用于侧移的效应；②缺陷影响，即初始弯曲、初始偏心、初始倾斜和残余应力。③材料实际塑性的发展，即材料屈服后的硬化和塑性铰的分布。.2整体失稳计算公式参考钢框架、格构柱的整体失稳计算公式为：式中——立杆临界荷载(kN)；H——支架高度；F——立杆截面面积；I——各立杆垂直截面整体惯性矩，；E——立杆弹性模量；A——构架某一层在剪切力作用下产生的单位水平位移，为：k——扣件弹性绕曲系数，一般取0.0005mm/N；s——斜腹杆长度，；h——每格支架高度；l——单孔支架宽度；——斜腹杆与水平平杆夹角。需要注意的是，上上述公式的计计算结果只针针对高细型支支撑架才有效效，即支撑架架层高与总高高之比(h/H)小于1/5，否则临界界荷载应取值值为各层立杆杆临界稳定荷荷载。有侧移刚架法和等等代柱法杜荣军提出了运用用有侧移刚架架法对扣件式式钢管模板支支撑体系进行行受力分析，他他在进行扣件件式钢管模板板支架稳定性性验算时采用用的计算长度度系数经试验验测定在1.5～1.85之间变化，这这相当于轴心心受压杆件处处于一端固定定、一端自由由和两端铰支支之间的状态态（即）。所所以，可将模模板支架立杆杆视为一有侧侧移的多层框框架柱，参考考《钢结构设设计规范》GBJ17—88附表4.2的规定，计计算出立杆两两端的约束系系数，然后查查表可得到立立杆按照有侧移多层层框架柱考虑虑时的修正系系数，经修正正得到立杆的的计算长度系系数。施炳华根据升板结结构计算理论论提出等代柱柱法。升板结结构作为一种种多层板柱结结构体系，其其施工方法是是：先立好预预制柱，然后后将柱下端插插入柱基并用用混凝土固定定，再将混凝凝土平板叠层层浇筑在楼板板设计位置下下的地坪上。由由升板结构的的施工过程可可知，板与柱柱的连接为铰铰接，升板结结构可视为不不断变化的多多层铰接排架架，其稳定性性可简化成一一个等代悬臂臂柱的稳定性性。等代柱法法采用排架计计算模型，可可直观的反映映模板支撑架架的稳定承载载力随高度增增加而减小的的规律，模型型下端与地面面铰接比较合合理；但顶端端与模板铰接接时侧向支撑撑由什么提供供却值得思考考，另外由于于所有荷载均均施加在模板板支架顶层，导导致实际受力力比升板结构构更加不利。2.1.4欧拉稳稳定理论分析析方法国内外还有一些其其他方法对模模板立杆稳定定进行计算，如如欧拉公式法法、日本规范范计算法以及及英国模板支支架标准(BS59973：1981)方法。.1欧拉公式法法式中E——钢材弹性模量量；h——模板支架架步距；I——立柱截面惯性性矩；——立杆计算长度度系数，取产产=l.00；K——安全系系数，取3.0。由于欧拉公式取立立杆步距为计计算长度，与与国内模板支支架结构的实实际情况不符符合，虽然在在名义上采用用了更大的安安全系数3.0，实际结果果并不一定安安全。.2日本规范法法式中——钢管管的截面积；；——钢材的抗压设设计强度；——压杆的屈曲系系数：时，；时，；时，。.3英国规范法法英国规范考虑了杆杆件初始弯曲曲、初始偏心心及锈蚀的不不利影响，按按下式计算：：式中——考虑锈蚀蚀及不垂直度度的影响因素素，一般取22.0。——压杆临界应力力；——钢材的屈服应应力；——欧拉临界力，：——长细比，；；A——钢管的毛截面面面积；i——钢管截面的回回转半径；l——取横向水平杆间距距(即步距)。在日、英立杆的稳稳定计算中，由由于设置支撑撑立杆时比较严格，支支撑架杆件的的横向刚度得得到较大提高高，使立杆稳稳定承载力得得以提高并接接近局部稳定定承载力。以上三种方法也均均以经典欧拉拉稳定理论作作为基础，限限制了立杆计计算长度的取取值，并且为为了保证稳定定承载力的可可靠性，引入入了相应的安安全系数K。2.2模板支撑撑体系计算基基本假定施工期混凝土材料料的物理力学学性能（如弹弹性模量与抗抗压强度等）随随浇筑后龄期期的发展而变化，结构构的强度和刚刚度也在增加，与与模板支撑相相连的整个体体系为一时变变结构，受外外界环境温度度变化以及混混凝土收缩徐徐变等因素的的影响。模板板支撑体系的的计算一般采采用以下基本本假定：①早龄期混凝土强度度、弹性模量量均为时间的的函数，构件件刚度随时间间发生变化。②模板支撑为弹性杆杆件并与上下下梁板铰接，模板板支撑体系为为二维平面线线弹性的杆系结构。③在混凝土养护期间间考虑荷载的重重新分配，即即模板支撑承承担的荷载逐逐渐减小，而而新浇筑的梁梁板，由起初初不承担荷载载到逐渐分担担施工荷载。荷荷载重新分配配系数由下述述方法求得：：如图2.1所示，设第第i层楼板上支撑系系统刚度和第第i层楼板刚度度分别为和，将顶层梁板自自重等效为均均布荷载q，假设第i层楼板分担的荷荷载为，挠度度为，根据力力的平衡和变变形协调条件件可知：式中：——第ii层分担的重量量；——第i层楼板的挠度；图2.1与结构共共同作用的模模板支撑体系系简图Fig2.1SSimpliifiedgraphhofintteracttionoofforrmworkksuppportssysteemanddstruucturee——第i层楼板刚度；——第i层梁板上支撑系统刚刚度；q——与顶层楼板自自重等效的均布荷荷载。设为第i层与第1层层楼板承担荷荷载的比值，令令，，(j=0,2,……,n-2；i=1,22,…,n)由上式（2.211）推导可得：：再由式（2.200），有如果均布荷载为单单位荷载，即即q=1，则为新浇筑筑梁板的荷载载分配系数。④考虑浇筑混凝土、拆拆除模板支撑等施工工序，以及在在施工过程中中荷载和变形形的累积对荷荷载传递的影影响；⑤地基相对于楼板刚刚度为无限刚刚性，各层支撑立立杆在同一竖竖直线上。2.3施工过程程及荷载特点点现浇钢筋混凝土结结构施工过程程一般包括4道工序：为为浇筑上层水水平结构而安安装模板和支支撑架、绑扎扎钢筋、浇筑筑混凝土、拆拆除底层模板板支撑。它们们构成一个施施工循环，每每循环一次结结构就增加一一层，像这样样周而复始直直至结构全部部完成。施工期混凝土结构构和模板支撑撑组成的临时时承载系统，在在上述第3道和第4道工序时发发生结构形式式的改变，从而内力发生生突变；在第第1道和第2道工序时结结构形式不发发生改变，内内力变化不显显著，可以合合并到第3道工序中考考虑，这样就就可以简化为为上层混凝土浇浇筑和底层模模板支撑拆除除2道工序。在在施工过程中中，可以将每每个施工周期期划分为三个个主要阶段：：即浇筑阶段段、支撑拆除除阶段和养护护阶段，养护护阶段在时间间上介于浇筑筑阶段和支撑拆拆除阶段之间间，混凝土结构与与临时支撑架架的内力逐渐渐发生变化。所所以为了简单单，可以认为为上层混凝土浇浇筑和底层支支撑拆除这两两个阶段是养养护期的两个个特殊而且是是比较危险的的阶段。各个个阶段包括不不同的荷载：：（1）浇筑阶段该阶段需要考虑的的荷载包括：：钢筋混凝土结结构构件自重重、模板和支支撑的重量、振捣混凝土和施工人员产生的荷载以及风荷载等。（2）支撑拆除阶段该阶段的荷载包括括：钢筋混凝土土结构构件的自自重、模板和和支撑的重量量、材料和设设备的堆载、施施工人员荷载载和风荷载。（3）养护阶段养护期间混凝土结结构和模板支支撑组成的临临时受力体系系的要发生内内力重分配。需需要考虑的主主要荷载包括括：钢筋混凝凝土结构构件件的自重、堆堆积活荷载、施施工人员活荷荷载，以及可可能的风荷载载最大值。目前的施工期荷载载统计资料不不足以确定施施工期各种荷荷载的取值。（1）恒荷载对于混凝土结构自自重，假定均均值/标准值=1.06，变异系数=0.0074，服从正态态分布。模板板支撑的重量量按实际取用用，可取为楼楼板重量的倍倍数。（2）活荷载对于施工期活载荷荷统计参数的的取值存在较较大分歧，结结果的差异除除了受统计方方法的影响外外，还受到施施工方法、场场地条件、现现场管理等多多种因素的影影响，使得施施工期活荷载载的很难确定定，目前尚无无统一标准。《建建筑施工安全全统一规范》征征求意见稿中中施工期活荷荷载标准值取取3.0KNN/㎡,ACII347R--88中施工期活活荷载最小取取值为2.44KKN/㎡，美国TheSScaffooldinggandShoriingInnstituute中施工期活活荷载最小取取值为1.2KNN/㎡,文献1中施工期活活荷载标准值值取值为1.0KNN/㎡，文献2中当有效支支撑面积大于于15㎡时施工期期活荷载标准准值取值为2.5KNN/㎡，文献3参考正常使使用期荷载标标准值的定义义，建立了活活荷载概率模模型，并以95%的保证率对对各施工阶段段活荷载标准准值进行计算算，得到下表表2.1：表2.1施工期各各阶段活荷载载标准值施工阶段支设模板绑扎钢筋浇筑楼板拆除模板设计标准值(KKN/㎡)建议取值(KN//㎡)1.862.02.452.51.552.02.663.0拆除模板阶段取33.0KNN/㎡，较文献1偏大，但与与文献2取值一致，这这主要是由于于与2001年制定现行行规范时相比比，现在的建建筑结构施工工进度更快，临临时堆载值更更大。综上所所述，活荷载载取值在拆除除模板阶段取取3.0KKN/㎡较安全，同同时也对文献献2取值的合理理性作出了验验证。（3）偶然荷载由于施工的需要可可能施加一些些特殊荷载，例例如在临时结结构上布置内内爬式起重机机、施工期遭遭遇雪荷载等等。不宜将这这些荷载包含含在常遇活荷荷载中，而应应该具体问题题具体分析，并考虑足够的保证率合理确定荷载取值。（4）风荷载风荷载对施工期结结构的作用通通过模板支撑撑系统转化为弯弯矩和水平剪剪力作用。对对施工期临时时支撑体系的的分析中，应应该考虑到：：由于结构的的通透性，风风的阻力系数相对较较小；大风通通常暂停施工工，不会出现现风荷载与其其他荷载的最最大组合；模模板支撑体系系使风荷载更更加均匀地分分布，可以对对活荷载乘以以1.2的放大系数来来考虑风荷载载对施工期模模板支撑体系系的影响。2.4施工期结结构抗力特点点及计算施工期与模板支撑撑相连的整个个结构为一时时变结构，受受混凝土材料的的物理性质变变化、外界环环境温度变化化、施工荷载载变化、结构构形式变化等等因素的影响响，可以将施工工期结构构件件的抗力可简简化成为一个个随时间变化化的变量。由由于这种时变变特性，施工工期与正常使使用阶段结构构构件的抗力力分析存在明明显差异，主主要为以下三三点：①力的发展变化规律律不同由于施工期混凝土土抗压强度和弹弹性模量、钢钢筋与混凝土土之间粘结作作用均随龄期期发展逐渐增增大，使结构构构件的抗力力出现随混凝凝土龄期发展展逐渐增大的的现象，且构构件抗力在混混凝土浇筑早早龄期增长较较快。②抗力分析的时间不不同正常使用阶段设计计基准期一般般为50年，但结构构施工期一般般只有两至三三年，属于短短暂工况，因因此进行抗力力分析时可以以忽略地震和和强风作用。③抗力分析的起始时时刻不同施工期对结构构件件抗力进行分分析的起点一一般为混凝土土浇筑后的终凝凝时刻，而正正常使用阶段段对结构构件件进行抗力分分析的起点恰恰为施工期抗抗力分析的终终点。正常使用状态下钢钢筋混凝土受受弯构件破坏坏过程一般为为：受拉区混混凝土开裂、中中和轴上移至至受拉钢筋屈屈服、混凝土土截面边缘达达到极限压应应变，从而混凝土被压碎碎即构件破坏。而而对于施工阶阶段钢筋混凝凝土受弯构件件破坏过程，因因受到混凝土土早龄期抗压强度、弹性模模量和与钢筋筋粘结作用的的时变特性影影响，可分为为以下三个阶阶段：①在混凝土浇筑初期期（龄期1天），混凝凝土强度低，粘粘结作用小，构构件受力如同同素混凝土梁梁，在弯矩作作用下受拉区区混凝土达到到极限拉应变变而开裂，构构件发生脆性性破坏；②随着混凝土强度的的增长，混凝凝土与钢筋间间的粘结作用用逐渐增强，混凝土和和钢筋开始协协同工作，但但尚不能充分利利用钢筋的强强度，弯矩作作用下受拉区区钢筋可能不不屈服或发生生粘结滑移，由由于混凝土强强度较低，随随着中和轴上上移受压区混混凝土达到极极限压应变而而被压碎，构构件发生脆性性破坏；③混凝土与钢筋之间间的粘结作用用足够大，钢钢筋不会出现现粘结滑移现现象，随着中中和轴上移，受受拉钢筋屈服服，最终受压压区混凝土达达到极限压应应变而被压碎碎，构件发生生延性破坏。由上述分析，施工期期不同阶段构件件的受弯承载力计算分别如下：第一阶段，将钢筋筋混凝土构件件等效为素混混凝土构件，计算构件的受弯承载力：：第二阶段，引入受受拉钢筋强度度利用系数，反反映钢筋强度度不能充分利利用的特性，并并把受拉钢筋筋强度利用系系数定义为受受拉钢筋实际际应力与屈服服强度之比。计计算抗弯承载载力时参照普普通钢筋混凝凝土受弯构件的计算算方法。根据据截面极限平平衡条件得到到：式中：为等效矩形形应力值与轴轴压强度设计计值之比，对对于强度不超超过C50的混凝土，取取值为1.0；x为混凝土等等效受压区高高度。第三阶段，根据极极限状态截面面平衡条件得得到：抗弯承载力：可以将以上计算公公式统一起来来，在不同阶阶段赋予受拉拉钢筋强度利利用系数不同同的值，为简化计算算，第一阶段段取为零，第二阶段，取取值在零和1之间，而第三三阶段，取值值为1。3考虑与结构共共同作用的模模板支撑体系系试验研究建筑结构在施工期期通常由模板板支撑系统承承担新浇筑楼楼层的自重和施工工活荷载，然然后将荷载传传递给先前浇好好的与模板支支撑相连的数数层梁板上。由由于施工周期期较短，这些些承担施工荷荷载的结构仍仍处于养护期期，构件的强强度还在发展展，刚度也在在变化，有时时导致结构承承担的荷载超超过其龄期内内能够承受荷荷载的水平，由由此造成现浇浇混凝土结构构质量事故增增加，严重的的会使临时模板支撑撑架或者现浇混混凝土结构垮垮塌。研究与与结构共同作作用的模板支支撑体系受力力性能，对于于施工阶段建建筑结构短暂暂状况的安全全验算，控制制建筑倒塌和和质量事故，具具有重要的理论与现现实意义。3.1早龄期混凝凝土基本力学学试验对于混凝土早龄期期抗压强度和弹弹性模量的增增长规律，我我国现行规范范尚无规定，而使用较多的是美国ACI209R-92和欧洲模式规范CEB-FIPMC90建议的公式。美国ACI209R-92给出了通过过考虑水泥种种类和养护方方式的两个参数对对混凝土早龄龄期抗压强度度影响的经验验公式，如下下式（3.1）：式中参数的取值范范围为：=00.05～9.25，=0.67～0.98。混凝土早龄期弹性性模量的经验验公式如下式式（3.2）：式中为混凝土单位位体积重量。欧洲规范CEB--FIPMMC90给出的混凝凝土早龄期抗压强强度的经验公公式为：混凝土早龄期弹性性模量的经验验公式为：式中的和分别为混混凝土在标准准养护条件下下28天龄期抗压压强度和弹性性模量，是和和混凝土龄期期相关的系数数，为：式中的s作为与水水泥品种相关关的系数，对对于普通水泥泥和快硬水泥泥取0.25，对于快硬硬高强水泥取取0.2。施工期混凝土结构构和构件的安安全受混凝土土早龄期性能能的影响。虽虽然已有美国ACI2009R-922和欧洲模式式规范CEB-FFIPMCC90的经经验公式可供供借鉴，但这这些经验公式式均是由美国或欧洲洲生产的混凝土土推倒而出的的，而混凝土土作为一种具有地域域特征的建筑筑材料，对我我国的混凝土土进行早龄期期基本力学性能能的试验研究究是必要的，同同时研究混凝凝土早龄期基基本力学性能能也是进行混凝凝土结构分析析的前提，可可以为有限元元分析提供数数据支持。试验方案试验用水采用自来来水，水泥采用拉拉法基C-32..5R混合硅酸盐盐水泥，细骨料为特特细河沙，粗粗骨料为最大大粒径为15mm的碎石，试验用料均均为干骨料。取C40的混凝土施工时的强度标准差为6MPa进行配合比设计，坍落度控制在55-70mm范围以内。混凝土的配合比如表3.1所示。表3.1混凝土配合合比设计强度等级水泥（Kg）特细沙（Kg）碎石（Kg）水（Kg）施工配合比,C401005912436=1:0.59::1.24==0.36制作混凝土立方体体试块(100mmm*1000mm*1000mm)共计48组，每组3个试块，其中中同条件养护和标准条条件养护各24组，分别对龄期期为1、2、3、4、5、6、7、10、14、18、21、28d的试块块进行混凝土土抗压强度试试验；制作混混凝土棱柱体体试块(150mmm*1500mm*3000mm)共计24组，每组6个试块，其中中同条件养护和标准条条件养护各12组，分别对龄期期为3、5、7、10、14、28d的试块进行行混凝土弹性性模量试验。所有混凝土试块均均采用机械搅搅拌、振动成成型，脱模后后放入与标准准条件和与模模型框架试验同条条件的养护环境中中进行养护，采采用标准试验验方法测得混混凝土相应龄龄期的立方体体抗压强度和和棱柱体弹性模模量指标。制作试块时采用的模具和和试块制作过程程如下图3.1所示。混凝土试块的抗压压强度和弹性性模量试验均均在重庆大学学岩土实验室室进行，其中中进行立方体体抗压强度试试验时采用的的仪器为YE-2000液压式压力力试验机，进进行棱柱体弹性模模量试验时采采用2NSTRRON材料试验机机配合专用引引伸仪，试验验仪器及试验验过程如下图图3.2所示。图3.1试块的模具具及制作过程程图3.2试验仪器及及试验过程试验结果及分析通过对混凝土试块块进行早龄期期抗压强度和和弹性模量试试验，得到混混凝土早龄期期抗压强度和弹弹性模量的发发展规律。.1早龄期混凝土土抗压强度通过对试验数据的的整理，得到到混凝土立方方体早龄期抗压强强度的实测平平均值（即对对有效的试验验结果取平均均值），以及及早龄期抗压压强度发展规规律。（1）混凝土早龄期抗压压强度试验结结果如表3.2所示：：表3.2混凝土抗压压强度实测平平均值龄期（天）12345671014182128同养抗压强度（MPa)9.715.920.723.52527.528.632.534.937.23941.2标养抗压强度(MPa)12.819.626.930.631.83536.63942.242.444.145.1混凝土抗压强度实实测平均值及及不同龄期与与28天龄期抗压压强度百分比比值的变化情况况如下图3.3和3.4所示。图3.3混凝土抗抗压强度随龄龄期变化图图3.4不同龄期与与28天龄期抗压压强度百分比比值由图3.3和3.4可可知，随混凝凝土养护龄期期的增长，混混凝土的抗压压强度增长具具有以下特征征：①混凝土养护龄期低低于7天时抗压强度度增长迅速，同同条件养护3天、5天、7天时，混凝凝土抗压强度度分别达到28天龄期混凝凝土抗压强度度的50％、61％和69％；而标准准条件养护3天、5天、7天时，混凝凝土抗压强度度分别达到28天龄期混凝凝土抗压强度度的59％、71％和81％。②混凝土在养护龄期期为7-14天之间的混混凝土抗压强强度增长速率率有所变缓，而14天后强度增长更加缓慢。③混凝土养护早龄期期，标准条件件养护混凝土土抗压强度大于于同条件养护护，并且标准准条件养护下下，混凝土抗抗压强度占28天龄期抗压压强度百分比比也大于同条条件养护。（2）试试验数据拟合合通过对C40强度度等级的混凝凝土立方体在不同同龄期以及不不同养护条件件下抗压强度度值进行统计计分析，得到到了试验数据据的平均植。参考美国ACI209R-92的经验公式，对混凝土立方体抗压强度随龄期增长的试验数据平均值建立如公式3.6所示的函数关系：这里利用非线性最最小二乘法的的Levennberg--Marquuardt算法对试验验数据进行拟拟合，拟合系系数取值为0.95，通过拟合合得到混凝土土立方体抗压压强度的相关关参数如表3.3所示。根据据拟合参数得得到早龄期立立方体抗压强强度随龄期的的发展规律，如如图3.5所示。表3.3混凝土抗压压强度的拟合参数混凝土的养护环境同条件养护标准养护3.3300.9280.992.6600.8760.98美国ACI209R--92经验公式中中，=0.005～9.25，=0.67～0.98，上上述拟合结果果在这一范围围内，对于C40混凝土，经经验公式中系系数和取值分别为4和0.85，这与课题拟和结果果也比较接近近，说明美国国经验公式对对我国早龄期期混凝土抗压强度的估估算也有一定定适用性。由于于养护方式的的影响，同条条件养护和标标准条件养护护拟合的系数数有所差异。图3.5混凝土抗压压强度拟合值值随龄期变化化图由图3.5所示，通过过比较标准养养护条件和同同条件养护下下混凝土试块块抗压强度拟拟合值可知，标标养抗压强度度大于同养抗抗压强度，并且二者的差差值在前7天龄期变化较较明显。将混凝土试块在标准准养护条件下下抗压强度试试验值曲线与拟合值值曲线，以及及利用美国ACI2009R-922和欧洲模式式规范CEB-FFIPMC990经验公式得得到的混凝土土抗压强度随随龄期增长曲曲线进行对比比分析，如图图3.6所示。图3.6混凝土抗压压强度试验数数据与拟合曲线图由图3.6可知，混凝凝土抗压强度度拟合值和试试验值吻合度度较好，由ACI2009R-922和欧洲模式式规范CEB-FFIPMC990经验公式式得到的抗压压强度值都要要小于课题试验值，尤尤其在前7天抗压强度增增长速度要慢慢于试验值和拟合合值。.2早龄期混凝凝土弹性模量量通过对试验数据的的整理，得到到混凝土早龄龄期弹性模量量的实测平均均值，以及早龄期弹弹性模量的发发展规律。（1）混凝土早龄期弹性性模量试验结结果如下表所所示：表3.4混凝土弹弹性模量实测测平均值龄期357101428同养弹模（1×104MPaa）2.592.812.8633.093.32标养弹模（1×104MPaa）2.853.023.113.153.233.45混凝土弹性模量实实测平均值及及不同龄期与与28天龄期弹性性模量的百分分比值变化情况如下下图3.7和3.8所示。图3.7混凝土弹弹性模量随龄龄期变化图图3.8不同龄期与与28天龄期混凝土土弹性模量的百分比值由图3.7和图3.88可知，随混混凝土养护龄龄期的发展，混混凝土的弹性性模量增长具具有以下特征征：①同条件养护3天龄龄期的混凝土土弹性模量试试验值达到28天龄期的78％，标准条条件养护3天龄期的混混凝土弹性模模量试验值达达到28天龄期的833％，说明从从混凝土浇筑筑完成到第3天龄期的养养护时间，为为混凝土弹性性模量增长最最为迅速的时时段，并且高高于混凝土抗抗压强度的增增长速度；②随着早龄期养护龄龄期的发展，混混凝土的弹性性模量增大，并并且标准条件件养护弹性模模量增长速度度大于同条件件养护；③随着早龄期养护龄龄期的发展，混混凝土的弹性性模量的增长长速度变缓。（2）试验数据拟合通过对不同龄期以以及不同养护护条件下的混凝土弹弹性模量值进进行统计分析析，得到了试试验数据的平平均植。参考考美国ACII209R-92的的经验公式，对混凝土早龄期弹性模量的计算建立如公式3.6所示的函数关系：：这里利用非线性最最小二乘法的的Levennberg--Marquuardt算法对试验验数据进行拟拟合，拟合系系数取值为0.95，通过拟合合得到混凝土土立方体抗压压强度的相关关参数如表3.5所示。根据据拟合参数得得到早龄期混混凝土弹性模模量随龄期的的变化规律，如如图3.9所示。表3.5混凝土弹性性模量的拟合合参数混凝土的养护环境同条件养护标准养护5.350.965.160.97美国ACI209R--92经验公式中中，此处的c值取5.38，这与课题拟和结果果也比较接近近，说明美国国经验公式对对我国混凝土土早龄期弹性模模量的估算比比较准确。由由于养护方式式的影响，同同条件养护和和标准条件养养护拟合的系系数有所差异异。图3.9混凝土弹性性模量拟合值值随龄期变化化图由图3.9可知，通过过比较标准养养护条件和同同条件养护下下混凝土弹性性模量拟合值值可知，标养养弹性模量大于于同养弹性模模量，并且二者的差差值在前5天龄期变化比较明显。将标准养护条件下下混凝土的弹弹性模量试验验值曲线与拟合值值曲线，以及及利用美国ACI2009R-922和欧洲模式式规范CEB-FFIPMC990经验公式得得到的混凝土土弹性模量随随龄期增长曲曲线进行对比比分析，如图图3.10所示。图3.10混凝土弹弹性模量试验验数据与拟合曲线图由图3.10可知，抗抗压强度拟合合值和试验值值吻合度较好好，由ACI2009R-922和欧洲模式式规范CEB-FFIPMC990经验公式得得到的混凝土土弹性模量值值都要小于课课题试验值；；在前5天龄期由经经验公式计算算值和课题拟合值的的差值变化较较大，随后的变化较小，说说明欧美经验验公式对弹性性模量的估算算结果与课题的试验及及拟合值在混凝土前5天龄期差异异较大，但弹弹性模量的发发展在5天后的龄期很很接近。3.2施工期钢钢筋混凝土框框架模型试验验对于施工期混凝土土结构模板支支撑体系的受受力性能，目目前国内外已已经作过一些些试验研究和和探讨，并取取得了一定的的研究经验和成成果。但是过过去往往采用用板柱模型进进行试验，或或者在工程现现场进行实体体监测试验，鲜鲜有采用框架架结构模型进进行实验室研研究。在此，设设计两个与混混凝土结构共共同作用的模模板支撑体系系框架模型，在在实验室进行行试验。研究究考虑与结构构共同作用的的模板支撑体体系的受力特特性，主要分分析施工周期期、荷载大小小和混凝土龄期等等因素对混凝凝土结构和模模板支撑系统统受力性能的的影响。框架模型试验现场场照片如下图图3.11所示示：图3.11框架模模型试验过程程试验方案.1试验模型设设计图3.12框架模模型几何尺寸寸基于试验室场地条条件限制，选选择对常规的的梁跨6m、层高3m的混凝土结结构缩尺为1：2的模板支撑撑体系框架模模型。在此，设设计制作梁跨跨3m，层高1.5m的两层单跨跨框架模型2个，都为两两层模板支撑撑体系。施工工周期有所不不同，其中框框架模型I的施工周期期为5d，框架模型II的施工周期期为10d。分别在第第二层混凝土土浇筑完成后后各龄期进行行加载试验。框架模型设计尺寸寸及配筋如上上图3.12所示。模型型总高为3300mmm，柱间距为3000mmm，每层均采采用4根φ48的钢管加以以支撑，模板板采用厚为8mm的竹木胶合合板。其中：：框架梁截面面尺寸为：150×3300mm，梁梁长3000mmm；框架柱柱截面尺寸为：200×2200mm，柱柱高1500mmm；柱脚混混凝土块几何何尺寸为：500×5500mm，高300mm，采用四个地地脚螺栓将柱柱脚固定于试试验室地槽中中。混凝土强强度等级为C40，梁的配筋筋率按1%，配置了4Φ12纵筋、φ6@150箍筋；柱钢筋采用4Φ16纵筋、φ6@200箍筋。钢筋筋除了箍筋采采用热轧HPB2335，其余均采采用热轧HRB3335钢筋。.2测试位置布布置依据混凝土框架模模型的受力特特性，在试验验模型框架梁梁中，将钢筋筋应变片贴于于梁端截面、跨跨中截面处；；在试验模型型框架柱中，将将钢筋应变片贴贴于临近柱顶顶、柱底截面面处；在各根根钢管支撑的的长度方向11/2截面处处布置有3片纵向应变变片，互成1120°。为校核钢筋筋应变片的读读数，在梁端端截面、跨中中截面处各布布置1个钢筋计。另另外为减少外外界环境对应变测测量的影响，设设置了钢筋、钢钢管和混凝土土补偿片。下图3.13～3.15为钢筋筋、钢管支撑撑应变片粘贴贴及补偿片粘粘贴图。图3.13钢管支撑应应变片和钢筋筋应变片图3.14混凝土补补偿片和钢筋筋计图3.15钢筋和钢钢管支撑补偿偿片上图中钢筋应变片和和钢管支撑应应变片分别采采用的是浙江江黄岩双立公公司生产的2×3mm和3×8mm规格的应变变片，钢筋计计采用的是浙浙江黄岩双立立公司生产直直径为12mm的KS-2应变式钢筋筋计。同时在试验模型的的框架梁端部部、1/4跨和1/2跨处布布置千分表，对对梁的挠度进进行测量，描描述梁的变形形。模板支撑撑、千分表、应应变片布置如如图3.166所示。图3.16试验模模型应变片和和千分表的布布置图.3主要测试内内容①钢筋的力学性能测测试钢筋的力学性能按按标准试验-单向拉伸试试验确定，测测定钢筋的屈屈服强度和弹弹性模量。②钢管支撑的力学性性能测试钢管的等效厚度按按重量法测定定；钢管的力力学性能按标标准试验-单向拉伸试试验确定，测测定钢管的弹弹性模量。③应变、挠度的测量量钢筋、混凝土、钢钢管的应变全全部由DH33816电子数据采集集仪自动采集集，梁的挠度度值由人工读读数。随着混混凝土龄期发发展，定时测测试应变值；；此外，每次次施加或者撤撤除分级荷载载后，均要采采集应变和挠挠度值。.4加载方案对于普通框架，假假设梁截面300mmm×600mmm，梁跨6000mmm。关于施工工活荷载的取取值，参考文文献“高层建筑混混凝土结构施施工活荷载的的统计分析”，在拆除模模板支撑阶段段，取2.5KNN/m2；在混凝土土浇筑阶段，取1.5KN/m2，此处可都取2.5KN/m2。梁的从属受力面积为A=0.566=18m2。参考方东平的文献“施工期钢筋混凝土结构特性的实测研究”，在下层模板支撑拆除阶段和上层混凝土浇筑阶段，可近似地考虑本层楼板上的自重和施工活荷载40％自身承担并传递给梁，60％通过模板支撑传递给下层楼板。则：梁上荷载为：q=0.4×（3+2.5）×18÷6=6.6KN/m。本实验模型缩尺11:2，按照弯矩矩等效原则转转化。则：实实验模型梁上上施工荷载为为：（0.5）2q=1.665KN/mm。参照上述计算的施施工荷载，并并经过估算不不同龄期的开开裂荷载，在在试验过程中中，不同龄期期施加小于使使混凝土构件件开裂的荷载载。加载方式式采用集中荷荷载加载，分分别在梁的跨跨中和1/44跨处各布置置一个千斤顶顶，千斤顶采采用QL5-55T螺旋千斤顶顶，每次施加加一级荷载时时间间隔约为为10分钟左右。采采用SDY22202静态应变仪仪控制BHR-4型5T荷重传感器器进行加载，两个模板支撑体系框架模型的加载龄期和荷载有所不同，具体如下所述。（注：下面各龄期均是以第二层混凝土浇筑完成为起点。）框架模型I：①第3d，拆除第一层模板板支撑架，并并在拆除支撑撑架前后分别别加卸载。每每个千斤顶采采用0--1KKN--22KN--33KN1KN的加卸载方方案。其中最最后1KN为持续荷载载。②第5d，采用0--1KKN--2KKN--3KKN--4KKN--11KN的加卸载方方案。其中最最后1KN为持续荷载载。③第8d，采用0--1KKN--……--4KNN--5KNN的加载方案案。框架模型II：①第5d，拆除第一层模板板支撑架，并并在拆除支撑撑架前后分别别加卸载。每每个千斤顶采采用0--1KKN--2KKN--……--6KNN--3KNN的加卸载方方案。其中最最后1KN为持续荷载载。②第10d，采用01KN2KN……--8KNN--3KNN的加卸载方方案。其中最最后1KN为持续荷载载。③第15d，采用01KN2KN……--10KKN的加载方案案。.5施工和试验验过程示意图图框架模型主要施工工和试验过程包包括：第一层层框架模型施施工、第二层层框架模型施施工和不同龄龄期加载试验验。（1）第第一层框架模模型施工首先绑扎柱钢筋，然然后搭设模板板支撑，再绑绑扎梁钢筋并并封模，最后后浇筑混凝土土。制作出简简图3.177所示模型：：图3.17步骤一：：第一层框架架模型施工（2）第二层框架施工工第二层框架模型施施工过程与第第一层相同。制制作出简图33.18所示示模型：图3.18步骤二：：第二层框架架模型施工（3）底层支撑拆除前前加载试验在第二层混凝土浇浇筑完成一定定龄期后，底底层钢管支撑撑拆除前进行行加载试验。示示意图如下：：图3.19步骤三：：加载试验（4）底层钢管支撑拆拆除后加载试试验图3.20步骤四四：底层钢管管支撑拆除后后加载试验底层钢管支撑拆除除后及相应龄期分别别进行加载试试验。其中4根钢管支撑撑从左到右依依次编号为支支撑1、2、3和4，如图3.220所示。试验结果经过上述试验，得得到了早龄期期混凝土结构构与模板支撑撑体系的受力力特点，通过过对试验数据据的整理，得得到如下试验验结果。.1钢筋、钢管管力学性能试试验通过对钢筋和钢管管的标准拉伸伸试验，得到到了弹性模量量和屈服强度度值，如下表表3.6所示。表3.6钢筋、钢管管力学性能试试验结果材料类别弹性模量（1×1105MPa）屈服强度（MPaa）梁钢筋柱钢筋钢管1.961.992.04457513－.2不同龄期加载载试验两个框架模型的施施工周期不同同，拆除底层层支撑的时间间以及进行加加载试验的时时间也不同。通通过加载试验验，得到了不不同龄期各根根钢管支撑轴轴力、模板支撑系统统的荷载分配配率、以及混混凝土梁在不不同荷载作用用下的竖向变变形。（1）钢管支撑的轴力对于模型I，第二二层各钢管支支撑轴力随荷荷载的变化情情况如下图33.21所示示，图中的四次次加载试验分分别指在第二二层混凝土浇浇筑完成后第第3天拆除底层层钢管支撑前前、后，以及及第5天和第8天进行的活活荷载加载试试验。图3.21模型I钢钢管支撑轴力力随荷载变化化图由图3.21可知知，当施加小小于使结构开裂荷荷载的荷载作作用于混凝土土梁上时，可可认为各根钢钢管支撑轴力力与荷载成线性变变化。支撑2、3承担的荷载载大于支撑1、4承担的荷载载，表明处于于中间位置的的钢管支撑承承担的荷载大大于梁端部支支撑承担的荷荷载。随着底底层钢管支撑撑的拆除，以以及混凝土龄龄期的发展，各各根支撑承担担的荷载逐渐渐减小，这是是由于底层模模板支撑的拆拆除会使底层层梁竖向变形形刚度瞬间减减小，而龄期期的发展会使使上层混凝土土梁刚度逐渐渐增大，这就就导致钢管支支撑承担的活活荷载随底层层支撑的拆除除以及混凝土土龄期的发展展而逐渐减小小。对于模型II，施施工周期为10天，与试验验模型I的5天施工周期期有所不同，如图3.22所示，图中四次加载试验分别指在第二层混凝土浇筑完成后第5天拆除底层钢管支撑前、后，以及第10天和第15天进行的活荷载加载试验。图3.22模型III钢管支撑轴轴力随荷载变变化图由图3.22可知知，支撑1、支撑2、支撑4轴力变化具具有与模型I相同的变化化规律，即随随着底层支撑撑的拆除以及及龄期的发展展，各根钢管管支撑的承担担的荷载逐渐渐减小。而支支撑3的变化规律律不同，这是是由于在试验验过程中不小小心使钢管支支撑3松动，造成成支撑3承担的荷载载比较小，使使更多的荷载载传递给与支支撑3处于对称位位置的支撑2。所以在施工工过程中应该该适当考虑现场工作作人员对钢管管支撑扰动的的影响，这将将导致钢管支支撑承担的力力并不均匀。（2）模板支撑系统的荷荷载分配率所谓模板支撑系统统的荷载分配配率，就是指指外加荷载传传递给钢管支支撑承担的比比例。在此，分分别将图3..21和图3.222中不同荷载载下各根钢管管支撑的轴力力相加求和，得得到模板支撑系统统的轴力随荷荷载的变化情情况，如下图图3.23和图图3.24所示示。图3.23模型I第第二层钢管支支撑总轴力随荷载载变化图图3.24模型III第二层钢管管支撑总轴力随荷载载变化图由图3.23和33.24可知知，随着底层层支撑的拆除以及混凝凝土龄期的发发展，在同一一荷载作用下下第二层模板板支撑系统承承担的荷载会会逐渐减小。通通过对上图33.23和3.24的计计算整理，得得到模板支撑系统统的荷载传递递率随底层支支撑的拆除和混凝土土龄期的发展变化情情况，如下表表3.7和3.8所示。表3.7模型I第二二层模板支撑系统的荷载分分配率第二层混凝土养护护龄期（天）第3d拆除支撑前第3d拆除支撑后第5d第8d钢管支撑荷载分配配率（%）27.125.522.421.1表3.8模型II第第二层模板支撑系统的荷载分分配率第二层混凝土养护护龄期（天）第5d拆除支撑前第5d拆除支撑后第10d第15d钢管支撑荷载分配配率（%）23.622.221.119.6由表3.7和表3.88可知，第二二层模板支撑系统统的荷载分配配率会随着底底层支撑的拆拆除以及混凝凝土龄期的发发展而逐渐减减小，并且框框架模型II的荷载分配配率在相应的的试验阶段要要小于框架模模型I的荷载分配配率。这是由由于混凝土梁梁的刚度随着着混凝土龄期增增长而增大，在同一荷载作用下使混凝土梁的竖向变形减小，从而导致钢管支撑承担的轴力减小，更多的荷载有第二层混凝土梁自身承担。另外，底层钢管支撑拆除后，底层混凝土梁更容易产生竖向变形，即在同一荷载作用下底层混凝土梁的竖向变形增大，从而使第二层钢管支撑的轴压变形减小，出现第二层模板支撑系统随底层支撑的拆除而卸载的现象。（3）梁的竖向变形下面仅选择模型III的第二层混凝凝土梁竖向变形进行行分析，具体体如图3.225和图3.26所示。图3.25第二层混混凝土梁跨中中挠度图3.26第二层混混凝土梁1/4跨挠度度由上图3.25和和3.26可知知，混凝土梁的竖向变形形随着荷载增增大而增大，与与荷载近似成成线性关系；；随着混凝土土龄期发展，同一荷载作用下混凝土梁的竖向变形逐渐减小。通过对框架模型的的试验研究，容容易发现，忽忽略测试误差差影响，当施施加小于使混混凝土结构开开裂的荷载作作用时，混凝土的的梁竖向变形和钢钢管支撑的轴轴力均按线性变化化，并且模板板支撑系统的荷载分分配率不受荷载大小的影影响。.3早龄期混凝凝土结构与钢钢管支撑应变变测试早龄期混凝土结构构与钢管支撑撑的应变随着着施工工序、以以及混凝土龄龄期的发展而而变化，反应应了混凝土结结构与模板支支撑体系协同同工作时的受受力特点。（1）模型I混凝土结构与模板板支撑系统的的应变变化情情况如下图33.27所示示。图中描述了从底层层支撑拆除一直持续续到试验结束束期间，混凝凝土结构和钢钢管支撑的应应变变化情况况，其中混凝凝土结构应变变是指第一层层和第二层混混凝土梁、柱柱的关键截面面处钢筋片测得的应变数据。图3.27模型I梁梁柱钢筋应变变和支撑应变变随龄期变化化图在梁跨中和梁端受受拉钢筋处各各埋设了一个钢筋计，将将所测试的数数据和钢管支支撑应变测得得的数据进行行比较，如下下图3.288所示。图3.28模型I混混凝土梁钢筋应变和支支撑应变随龄龄期变化图图3.27和3.228中，时刻0是指底层模板支撑撑拆除完成的时刻。由由上图，容易易发现早龄期期混凝土结构构与钢管支撑撑应变发展的的一些规律。比较图3.27和和3.28可知知，用钢筋计计和钢筋片测测得的梁钢筋应变值有有所差异，这这种差异是由由于应变在某某几个测试时时刻突然变化化导致。如果果排除这种应应变突变造成成的差异，钢钢筋计和钢筋筋片测得的应变走势很接接近，应变波段变化化的特性也基本相同。混凝土梁跨中、梁梁端、柱端外外侧、柱端内内侧钢筋应变变和钢管支撑撑应变随着龄龄期发展呈现现波动性变化化。一般情况况下，这种波波动性变化以以一天为周期期，其中支撑撑应变和第二层层梁钢筋应变变的波动性变化化特点相同，即即支撑应变与第二层层梁钢筋应变变同时达到相相应波段内的的最大值和最最小值；而柱柱、第一层梁梁钢筋应变与与支撑和第二层梁钢钢筋应变的波波动性变化特特点相反，即即支撑和第二层梁钢钢筋应变达到到波段内的最大大值时，柱和和第一层梁钢钢筋应变刚好好达到波段内的的最小值。可可以认为，在在一天当中温温度最高的时时刻，钢管支支撑应变和第二层层梁钢筋应变变同时达到波段段内的最小值值，与此同时，柱柱和第一层梁梁钢筋的应变同时达到波段段内的最大值值。由于昼夜温差的存存在，以及材材料热胀冷缩缩的性质，导导致施工期各各