建筑工程中铝合金模板力学性能研究

文／赵海刚 云南建投第七建设有限公司 云南昆明 650100

引言：

铝合金模板在国内起步的还是比较晚的，所以对于它的力学性能并不是非常的清晰，无论是理论还是研究都不是非常的完善，各种规范也尚未定制，研究铝合金模板的力学性能，探究铝合金模板在使用过程当中的影响因素，对于铝合金模板的未来推广来说，会有着非常重要的意义。

1、我国模板工程的现状

自从上个世纪70年代开始，我国的建筑工程当中，慢慢的开始使用组合钢模板，但是这种组合钢模板的重量非常大，而且运输起来非常的困难，重复率非常的低，基于这样的缺点，所以说随着时代的发展，组合钢模板开始慢慢的退出了建筑市场。当前我国大多数的建筑工程当中，使用的都是胶合板模板，胶合板当中比较常用的就是竹胶合板以及木胶合板，其优势就在于重量比较轻，搬运起来很方便，拆装也非常的灵活，可以重复利用的次数也比较多，所以说在建筑工程当中也得到了一定的应用。

2、铝合金模板在建筑工程当中应用的优势

据研究发现，欧美等发达国家针对于铝合金模板的研究已经经历了多年，虽然说相较于这些发达国家，我国的建筑工程当中使用铝合金模板的时间比较短，生产厂家的数量也有限，实际的应用量不够多，目前仍然处在新兴产业阶段。但是伴随着近几年国家大力提倡建设节约型社会，以及可持续发展理念开始深入人心之后，有一些建筑工程单位开始慢慢的使用了铝合金模板，取代了传统的胶合板，并且也取得了非常良好的社会效益以及经济效益。

2.1 标准化程度以及施工质量有所提高

虽然说使用铝合金模板的前期投入会比较高，但是跟传统的胶合板模板以及全钢大模板相比，铝合金模板的重量更加轻，而且拥有着很高的强度，拼缝也更加的美观，施工周期非常的短，可以降低二次施工对于模板所造成的影响，能够有效地保证模板的质量，进而保证混凝土工程的质量。铝合金模板可以按照设计的需求来进行加工，具有多种规格，可以满足各种各样形状的需求，而且在设计的时候，标准化程度非常的高，可以适用在不同的类型的建筑里面，不同部位的安装以及施工都可以使用铝合金模板，这样能够进一步的提升混凝土现浇工程施工以及整体建筑工程的标准化程度。

2.2 施工的过程更加便捷

铝合金模板的自身重量非常的轻，工人可以灵活的操作，在运输的时候也不需要依赖大型的机械来对其进行运输，既能够有效的节约成本，同时也更加方便于人们进行施工，单块模板的面积比较大，拼缝也很少，任意两个模板之间可以通过销钉来进行固定，安装的过程非常的便捷而且快速，能够提升整体的施工效率。

2.3 稳定性很强

在实际施工的时候，有一些部位需要针对于多个模板进行拼接以及组装，并且形成一个稳定的架构，但是全钢大模板在一些复杂的位置很难成模，而铝合金模板则不同，铝合金模板非常的轻便，而且强度也比较高，拼缝很少。在不同形状的墙柱以及梁板等位置都能够进行使用，并且可以实现无缝拼接以及组装所形成的整体框架，不仅拥有着非常强的稳定性能，同时其承载能力也非常的高。

2.4 经济效益以及社会效益相统一

在计量铝合金模板的经济效益的时候，应该综合考虑到整体的效益，传统模板在使用的时候，前期投入非常少，但是后期投入却非常的多，而铝合金模板正好和传统的模板是相反的，虽然前期需要大量的资金，但是后期的使用成本却比较低。二者相比，铝合金模板的整体效益更加的明显，在最近几年，伴随着冶炼方法以及电力工艺的不断的发展，电价也在不断的下降，推动着铝制品行业开始快速的发展，同时铝合金模板的价格也处在了一个比较稳定的状态下，铝合金是环保建筑材料之一，在实际施工的时候，废弃的铝片可以高达50%的回收率，而且铝合金模板的重复率也非常高，能够进一步的节省施工的成本，并且对于环境的影响也会比较小，是符合我国的可持续发展的理念的。综上所述，铝合金模板虽然说前期投入会比较高，但是后期的投入将大幅度下降，整体的施工成本也要比传统的模板的施工成本更加低，而且具有非常高的资源利用率，符合我国的环境保护的基本要求，同时具有非常明显的社会效益。比方说深圳东海国际项目就属于超高层建筑，因为对于模板周转材料的需求量非常的大，所以引进了铝合金模板，并且将其使用到了四层以上的标准层里面，取得了非常好的效益。

2.5 承载能力比较强，效果非常好

铝合金模板所起到的是临时支护的作用，材料是铝合金，所以说具有非常高的强度，同时在完成拼装之后，也能够大幅度的提升整个模板系统的整体承载能力。在实际应用的时候，铝合金模板的系统的整体结构性非常的稳定，也有利于混凝土工程施工的进行。除此之外，模板的断裂是传统建筑模板当中非常容易出现的一个问题，而且还存在着在拆模之后混凝土表面不够平衡的问题，但是铝合金模板跟混凝土之间就不容易出现这种情况，所以说在拆模之后可以呈现一个非常平整的混凝土的表面，不需要我们再进行人工二次处理。

3、铝合金模板的力学性能试验研究

为了能够有效地贯彻国家的节能减排战略，建设一个资源节约型，环境友好型的社会，住房和城乡建设部开始大力的推广绿色建筑施工，而铝合金模板因为回收效率非常的高，符合低碳以及节能的要求，所以说在业内推广的非常的迅速。再加上铝合金模板的质量比较轻，周转次数多，承载力非常高等一系列的优点，所以说非常受施工人员的喜爱，另外铝合金模板的外观非常的整洁，而且整体的形象也比较好，混凝土构件在达到了规定强度拆模之后，其表面非常的光滑平整，基本上能够达到饰面以及清水混凝土的需求，可以节省抹灰的人工费用。伴随着倡导的低碳以及节能，越来越被社会所重视，所以说各个省市也开始大力的推广铝合金模板的使用。

铝合金模板作为一种新的模板形式，全部使用的是定型设计，根据施工的图纸，可以制作出不同的规格以及不同形状的模板，通过不断地深化设计，力求做到模板的规格少，在工厂生产制作过程当中，直接面板一次碾压成型，整体的质量非常高，模板完全使用人工拼装以及拆卸，操作非常的简单而且迅速，不需要额外的机械进行辅助。装配以及周转都非常的方便，而且成型效果非常的好，可以达到相关的使用需求，目前在很多超高层项目上面应用的非常好，具有很好的经济效益。

3.1 实验简介

在本次试验的过程当中，所使用的仪器包括60T 压力传感器、50mm 位移计、DH3820 数据采集仪、卷尺、直尺，磁性支座、40T 千斤顶，应变片以及若干导线等等。在本次试验的过程当中，铝合金模板是6061-T6 系列的铝合金材料所制成的标准墙模板，其边框以及面板都是一次挤压成型的横肋，分别和边框以及纵肋进行焊接，跟面板进行接触。模板当中的横肋不是等间距分布的，端肋分别跟纵肋以及边框焊接，和地面进行接触，面板的厚度是4mm，高度为65mm，边框开孔，孔和孔间距在50mm，每三个孔是一组，每组间距200mm。

为了能够针对于铝合金墙板的力学性能进行全方位且深入的了解，对于模板的应力应变趋势以及跨中挠度和开孔处应力集中必须要有全面的掌握，得到模板的荷载位移线，加载前，在模板上粘贴好应变片以及布置好位移计。本次实验的过程当中，一共在面板中肋以及边框粘贴了17个应变片，布置了七个位移计，在粘贴应变片之前，首先针对于铝合金模板的粘贴位置使用砂纸向着四十五度的方向进行了轻微的打磨，并且使用酒精擦拭干净，在擦拭的过程当中，需要注意一定要沿着单一的方向进行擦拭，严禁来回不断交替的擦洗。粘贴应变片之后，需要使用欧姆表来对其进行测量，防止出现坏片，影响最终实验的进度，为了防止在搬运的时候出现磕碰以及受潮等情况，对于应变片裸露的部分需要均匀的涂抹好乳胶，使其能够完全的覆盖应变片，严格规范各种操作，确保实验的数据的准确性。

在本次试验的过程当中，分别为400w2700，350w2700，300w2700 的铝合金墙模板进行了试验，并且对350w2700 进行了750mm，900mm 以及120mm的背楞间距试验，在试验的时候，通过改变两个箱型梁的间距，有效地实现针对于背楞间距的控制，所对应的编号是350w2700j750，350w2700j900，350w2700j1200，对于300w2700，400w2700 只进行了背楞间距为900mm 的实验，所对应的编号是300w2700j900，400W2700j900。除此之外，为了避免出现试验的偶然性跟操作的不唯一性，所以每一组试验都需要做三次。

3.2 加载方式

在针对于铝合金模板进行力学性能分析的时候，为了能够更好的反映出真实的受力情况，模板使用的是简支约束，按照相关规定的要求，沿着短边宽度方向放置好支座，支座的间距分别为750mm，900mm 以及1200mm。在试验之前就应该把模板、分配梁以及压力传感器和液压千斤顶进行对中，这样能够更好的模拟荷载情况未平衡的情况以及导线接触是否是正常的，针对于模板进行预加载，观察位移计以及压力传感器的设备是否是正常的，判断荷载跟变形关系是否是稳定的，防止设备出现异常导致模板出现开裂的情况，因为那样会容易导致实验出现失败，最终影响到试验的进度。

然后使用液压千斤顶来进行缓慢的加载，5kn 作为一级，每一级需要保持荷载二分钟，并且在均匀荷载对应下的三分点荷载保持荷载二分钟，持续加载一直到构件无法继续承载而出现破坏为止。在加载的时候，需要时刻得注意压力传感器以及位移计的读数，防止出现瞬间加压过大的情况，因为那样很容易就导致构件会出现瞬间的破坏。

在本次实验当中，所选取的模板的全长为2700mm，一端使用铰支座，而另外一段使用滚动支座，支座使用加工的工装，铰支座以及滚动支座需要分别安装在箱型梁上面，箱型梁则需要搭建在200t 加载架上面，通过调整箱型梁之间的间距，能够有效地实现模板的不同加载，使用千斤顶来进行加载，利用跟千斤顶连接的传感器测量荷载，荷载由一个大分配梁分配给两个直接作用在模板上面的小分配梁，实现对称加载。为了能够有效地减少实验过程当中的接触，达到线荷载的目标，在小分配梁焊接实心管，这样能够更好的模拟均布荷载。

3.3 试验结果

为了能够获得更加准确的实验结果，本次一共进行了七组实验，每三块作为一组，本次实验当中使用的都是模板边框，开孔处破坏，中肋无裂缝，一侧边框破坏之后，继续加载荷载，变化量是比较小的，几乎是可以说没有变化，而位移的变化却非常的大，而且一直都在不断的增加当中，千斤顶卸载的时候，发现模板出现了回弹的情况，这种现象符合弹性卸载的规律，而且不可以恢复原状，留有塑形变化，使位移读数不为零。经研究发现，模板350w2700j750、350w2700j900、350w2700j1200 的跨中开孔处被拉断，同时因为加工的缺陷，所以说每一个孔都有被拉断的可能，具有不确定性，跨中受等效纯弯矩后发生塑性变化，因为纵肋没有在截面中间，所以是模板300w2700j900，400w2700j900 在发生了破坏之后，其边框跟纵肋之间距离比较大的边框开孔处出现了翘曲变形。

通过针对数据进行分析，发现模板在每平方米30kn 的等效荷载下，350w2700j900 的挠度分别是350w2700j750、350w2700j1200 的1.797 倍以及0.291倍，在每平方米45kn 的等效荷载下，其挠度分别是这二者的1.799 倍以及0.295 倍，在每平方米65kn 的等效荷载下，挠度分别是这二者的2 倍以及0.306 倍。在极限荷载的作用下350w2700j900 的挠度分别是这二者的1.351 倍以及0.196 倍，另外需要注意的一点是350w2700j900 的极限荷载是要比350w2700j750 的荷载降低21.76%左右的，同时比350w2400j1200 提高了26.51%左右。由此便可以看出，模板的挠度会伴随着支座间距的增大而不断的增大，同时其承载力也会随着间隙的增大而出现减少的情况。

综上所述，不难发现，跟传统的模板相比，铝合金模板具有非常明显的优势，而且在建筑工程，混凝土施工过程当中，使用铝合金模板，不仅能够有效的提升我们的施工效率，缩短工期，同时也能够保证整个工程的质量，而且建筑单位在使用铝合金模板的过程当中，也能够坚持可持续发展的理念，真正的落实国家的减排政策。但是铝合金模板在施工的过程当中，对于操作人员的要求还是比较高的，所以说还是要加大针对于模板工程技术的创新的力度，进一步的降低铝合金模板在使用过程当中的成本。

结语：

在本文当中，主要针对于铝合金模板使用过程当中的力学性能进行了相关的探讨，最终通过实验，得到了以下结论。

（1）针对于铝合金模板进行了刚度以及承载力的试验研究，在等效荷载的作用下，模板的变形以及具体的承载力验证模板是否满足相关规范要求，探究模板的破坏形式，发现模板都是边框开孔处被破坏，是因为开孔处产生应力集中现象所导致的。

（2）针对于模板进行了有无横肋的试验，得出模板的有横肋的破坏位置发生加载点的边框开孔位置，而无横肋也会发生在模板的加载点，但是跨中挠度会非常的大，横肋对于模板的刚度影响也非常的大，能够有效地限制模板的变形，但是对于模板的承载力的影响是比较小的，通过改变箱梁的位置来控制模板的背楞间距的实验，可以发现，随着支座间距的不断的增大，那么模板的变形也会增大。随着模板背楞间距的不断的增大，模板的刚度也会降低，通过针对于不同宽度的模板进行了实验，可以发现模板的变形会伴随着宽度的增加而增大。