组合钢模板在混凝土梁实验教学中的应用

于文杰 张安静 窦国涛 谷洪亮

1.郑州航空工业管理学院土木建筑学院；2.河南黄河河务局工程建设中心

1 教学背景

混凝土梁构件实验作为土木工程专业非常重要的结构实验课，涉及土木专业诸多课程和知识点，与混凝土结构设计原理、土木工程材料、建筑构造、结构力学、建筑制图、材料力学等课程直接有关，并涉及物理学、数理统计分析、土木结构检测等内容。

目前国内开设土木工程专业的大部分院校由于实验条件和课时的限制，试件委托校外或校基建办加工制作，成型后运至结构实验室[1]。学生没有参与实验过程，不清楚材料性能，试件制作的过程及其实验方案设计安排需要考虑因素。

在混凝土梁的制作过程中模板的施工环节尤为关键，现有技术主要采用木模板，但其制作过程繁琐复杂，费时费力，效率较低置；且木模板的制作中需要专业的设备，并对技术水平要求很高，学生架模和支模中存在较大的安全隐患。这些都影响了钢筋混凝土梁类教学实验课程的开展，不利于学生对所学理论知识形成更加深刻直观的认识。

2 学生参与混凝土梁制作的重要性

学生自己动手浇筑混凝土梁的过程，可以巩固学生的理论知识、提高学生的实践应用能力，充分了解混凝土梁构件的制作工艺和相关仪器操作能力。学习钢筋混凝土结构材料的基本力学性能和实验方法、测试项目和要求；培养团队合作精神，加强对钢筋混凝土计算理论的理解。

在混凝土单梁的制作过程中涉及知识点有：钢筋下料与钢筋笼制作、设计混凝土配合比、模板支护、拌和浇筑混凝土、混凝振捣、混凝土构件和试块养护、混凝土试块强度检测等。

学生自己制作实验用混凝土梁，由于后期需要加载破坏自己浇筑的混凝土梁，可以加强学生在制作混凝土梁时的积极性和责任心，又可使学生的学习兴趣和学习积极性得到充分调动。通过真实的实验学习，学生看过即忘，无法留下印象的弊端。又可加强实验室的开放力度，整合并充分利用实验教学资源，让学生能够根据自己的课余时间安排进入实验室操作仪器仪表做实验，拓展学生的第二课堂，将课堂知识与实验操作联系在一起，获得土木工程结构实验方面的实验操作知识和科研技能。

3 现有混凝土梁木模板的弊端

教学用混凝土梁主要采用木模板，由面板和支撑系统组成，面板是使混凝土成形的部分，支撑系统是稳固面板位置和承受荷载的结构部分[2]。混凝土梁制作过程中，现有的木模板制作过程复杂，需经专业技术人员测量放线、切割、电钻、打钉等；搁栅、背楞辅助设施材料多且容易开裂。学生不能够亲自动手操作，且模板制作繁琐、耗时长、拆模困难。且重新拼装时，板缝难于处理，不易于周转使用；切割的质量也不好,废料处置和堆放占用大等，使用后还要处理板面。混凝土梁木模板制作流程如下：图纸深化设计（配模图、支撑体系）→模板及背楞切割→定位放线找平→模板打钉组装。

4 组合钢模板介绍

为了克服由于木模板支护繁琐复杂导致的学生没有亲自动手制作混凝土梁，本文提出一种快速组装适合实验教学的一种模板，可以在没有专业设备和专业技术人员的情况下完成混凝土梁模板的组装和脱模、不要需要其他辅助设备和工具。

本文所述组合钢模板，采用Q235 钢材，见图1。主要部件有：底模板、侧模板、模板堵头、耳板、连接螺栓。整体结构简单，采用螺栓连接设计，耳板螺栓旋紧加强侧模板连接，防止浇筑后的混凝土水平流动使两侧模板倾倒外翻。本组合钢模板能可靠地承受浇筑混凝土的重量、侧压力以及施工振捣荷载[3]。利用组合钢模板可以安全快速的组装好的混凝土梁浇筑用模板，拆模方便，是一种可周转使用的工具式模板。能满足钢筋混凝土梁教学实验用模板的要求，对设备和环境要求都很低，模板可周转使用而不影响实验效果，而且方便学生亲自动手进行实验操作。

图1 组合钢模板拼装图

组合钢模板，操作简单，一看既会，不需要倚仗一些外界的力量去控制混凝土拌和物，不占用实验场地，组合好一个混凝土梁模板只需要几分钟，耗时短且没有安全隐患。

5 组合钢模板的实践应用

钢筋混凝土简支梁的受弯实验是混凝土结构课程中重要的基本实验，实验采用截面相同，但配筋不同的方式，让学生参与少筋梁、适筋梁、超筋梁的受弯破坏实验。梁的截面相同，长度也相同，方便学生对不同配筋率梁的破坏过程和破坏现象进行比较。

综合考虑结构教学实验装置、梁制作的操作性、吊装搬运的实操性，最终确定混凝土梁的截面尺寸为长×宽×高=2800×120×180；强度等级C30混凝土，下部受力钢筋HRB400Φ14；中间纯弯曲段上部不配架立筋，箍筋：HPB235，Φ8@100mm；梁保护层厚度为20mm。

根据JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》，结合实验室的材料：PO32.5硅酸盐水泥、粒径为5mm～35mm连续级配粗骨料，经测验细度模数为2.6 的机制中砂，配置坍落度要求为50mm～90mm，强度标准差为5MPa的C30混凝土[4]。

严格按照GB 50204—2015《混凝土结构施工质量验收规范》的操作要求，经钢筋笼绑扎、组装钢模板并刷油、拌和浇筑混凝土并振捣密实，按照混凝土的室温养护要求最终形成了实验所需的混凝土梁[5]。拆模后的混凝土梁构件外观平整、几何尺寸准确，板缝拼接密合、浇筑过程中没有产生漏浆现象。

根据GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试样方法标准》对混凝土梁浇筑时的伴随试块进行强度测试，试块规格100mm×100mm×100mm，与混凝土梁同条件养护28 天的强度达到34.9MPa。混凝土强度满足C30 混凝土强度要求，且有所提高[6]。在适筋梁的三分点处施加对称集中荷载，梁的两端简支在加载设备上，适筋梁破坏时的理论极限荷载为24.7kN，根据实验测试出的实测极限荷载为32kN左右，说明经养护后的混凝土梁的强度满足实验要求，钢筋配置合理。组合钢模板在混凝土梁的实验教学中不仅操作方便，且满足实验加载破坏梁的强度要求，使用效果良好。

6 结束语

组合钢模板在土木工程专业本科教学中具有很重要的意义：克服由于木模板支护繁琐复杂导致的学生不能亲自动手制作混凝土梁。主要的创新点体现在以下几方面。

（1）可以在没有专业设备和专业技术人员的情况下完成混凝土梁模板的组装和脱模、不要需要其他辅助设备和工具。

（2）能满足钢筋混凝土梁实验教学用模板的要求，拆模方便，是一种可周转使用的工具式模板。

（3）学生全程参与实验，避免了学生看过即忘，无法留下印象的弊端；又可加强实验室的开放力度，整合并充分利用实验教学资源，让学生能够充分利用课余时间走入实验室。