混凝土侧压力测试技术研究

第41卷第33期2015年11月

文章编号：1009-6825（2015）33-0037-04

SHANXI

山西

AＲCHITECTUＲE

建筑

Vol．41No．33Nov．2015

·37·

混凝土侧压力测试技术研究★

潘剑云

刘国华

杨博

孙海涛

张欣

（1．浙江农林大学风景园林与建筑学院，浙江临安311300；

2．浙江大学建筑工程学院，浙江杭州310058；

3．浙江理工大学建筑工程学院，浙江杭州310018）

摘

要：分析了新浇混凝土对模板的侧压理论，介绍了两种简易的测试装置，并通过对比实测值与理论值，验证了装置的效用，实

验表明，应变测试装置能反映侧压力变化规律，而且其测值与理论分析值接近。

文献标识码：A

关键词：新浇混凝土，模板，测试装置，侧压力中图分类号：TU528

DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2015.33.022

为了研究者能更好地在实验室环境下对混凝土侧压力的变化规律及影响因素进行分析研究，本项目从测试设备和测试方法结合现有侧压力理论，设计出一种便捷而有效的实等方面入手，验技术措施。

为核心，使得其延性性能得以大幅度改善，脆性破坏情况得到有

才能够使其效控制。就是说只有钢管混凝土柱使用高强混凝土，

强度优势得到发挥。由此可见，高强钢管混凝土发展的潜力及其

发展的空间可以说尤为可观。

当前，相关研究学者已经开始对高强钢管混凝土构件进行了一系列的分析及研究，在此过程中得知，高强钢管混凝土构件和其他普通的钢管混凝土比较，两者力学性能有一定差别。对于一般类型的钢管混凝土构件，它的设计公式在高强钢管混凝土设计中并不适用，而现如今相关部门仅仅对一般类型的钢管混凝土结

设计要求及规程作了规定，所以，要对高强钢管混凝构施工规范、

土予以分析，尽快制定与之相应的设计施工规范。

1新浇混凝土侧压力理论

1．1侧压力特征

新浇混凝土对模板侧压力，是指入模时具有一定流动性的新浇混凝土在浇筑、振捣和自重的共同作用下，对限制其流动的侧模段钢管混凝土结构抗震性能的研究情况来看，基本构件依旧是其

但是对于钢管混凝土抗震性方面的中不可或缺的一大研究内容，

研究仍需要进一步完善。对此，必须针对这些方面进行全方位的

［4］

继而为工程施工建设提供更为科学的抗震设计参数。分析，

櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅

4结语

相比于钢筋混凝土结构与钢结构，钢管混凝土结构的应用与研究起步较晚，然而其具有的优势已经非常突出，并与我国国情，随着其发展与研究的不断深入，笔者相信在今后工程中钢管混凝土结构可得到广泛运用，而钢管混凝土结构也普遍存相适应

所以，相关人员要有针对性的展开深入的研究，在许多不足之处，

找出问题产生的原因，提出有效的改进措施，使其得到全面优化，在工程建设中发挥出更大的作用。参考文献：

［1］王冰兄．浅谈建筑工程中钢管混凝土结构［J］．中国新技术

2012（5）：179-181．新产品，［2］韩林海，——理论与实陶忠，刘威，等．钢管混凝土结构—

J］．福州大学学报（自然科学版），2001，29（6）：125-126．践［［3］李浩．浅谈钢管混凝土结构在建筑工程中的应用与前景［J］．建筑工程技术与设计，2015，28（6）：129-130．［4］于

J］．中小企业管理军．钢管混凝土结构的特点与应用［

2011，9（10）：203-204．与科技，

［5］

3．2耐火性能的研究

目前，我国针对钢管混凝土的防火规范并没有制定出来。就

其采用的形式也各有不同，有的已建成的钢管混凝土结构而言，

按照钢筋混凝土结构的要求采用的混凝土外包，有的会涂刷防火

这些形式的规定并不统一，同时参考依据也并不科学。近涂料，

几年来，钢管混凝土结构中关于耐火性的研究相对较多，随之取

因而要结合具体国情，科学合理的编制防得了诸多的研究成果，

火规范，以便于和钢管混凝土相配合。

3．3钢管混凝土结构的抗震性

就钢管混凝土柱、钢筋混凝土柱的框架结构，对其抗震性的

对比试验，需要立足于理论，来分析这两类结构的动力性，试验表明，在抗震性能方面钢管混凝土框架结构更加优越。然而就现阶

［5］赵砚．建筑自密实钢管混凝土结构施工质量的管理措施

［J］．建筑安全，2015，11（3）：157-159．

Discussionontheapplicationofsteeltubeconcretestructureinconstructionengineering

KongXiang

（ArchitecturalDesignandＲesearchInstitute，TaiyuanUniversityofTechnology，Taiyuan030024，China）

Abstract：Thispaperintroducedtheadvantageofsteeltubeconcretestructure，andelaboratedtheapplicationsituationofitinhigh-risebuildingsengineering，monolayerandmultilayerindustrialworkshopcolumn，largespanbridgeengineering，anddiscusseditsdevelopmentprospectincon-structionfield，topromotethepopularizationandapplication．

Keywords：steeltubeconcrete，constructionengineering，structuralbearingcapacity，fireresistance

11收稿日期：2015-09-★：国家自然科学基金青年基金（项目编号：11202188）；浙江农林大学实验技术与管理研究项目（项目编号：SYB1310）作者简介：潘剑云（1982-），男，实验师；

孙海涛（1964-），男，副教授；

刘国华（1963-），男，博士生导师，教授；

张欣（1982-），男，实验师

杨

博（1978-），男，副教授；

·38·

第41卷第33期2015年11月

［1］

山西建筑

。我国在20世纪60年代～80年代对混凝土侧

压力进行了大量的测试研究，发现对于不同的结构类型，尽管一次板所产生的压力

浇筑高度、浇筑速度不同。但混凝土侧压力分布曲线的走势基本

［2］

侧压力主要特征如下：相似，

1）最大侧压力随混凝土浇筑速度提高而增大，与其呈幂函数关系；2）在一定的浇筑速度下，因混凝土的凝结时间随温度的降低而延长，从而增加其有效压头；3）机械振捣的混凝土侧压力比手工捣实增大约56%；4）侧压力随坍落度的增大而增大；5）外加剂对混凝土固化速度和稠度有调整作用，从而影响混凝土的侧压力；6）侧压力随混凝土力密度的增加而增大。

表1所示。

表1

序号[1**********]011

C1/με[***********]614625

钢筒模板系统应变测值表

C2/με[***********]804730

测点C3/με[***********]84628

C4/με[***********]75020

时间16：44：0016：58：3417：10：1517：42：2618：00：2018：04：2319：32：3620：24：0321：12：1721：19：5421：30：3621：59：38

1．2影响因素

影响新浇混凝土侧压力的因素归纳起来主要有三个方面：混凝土的工作性能、混凝土的浇筑方式以及模板特征等。具体的因如水泥的种类和用量、骨料特性、水灰比、化学素则相对较多，掺合料、浇筑速度、浇筑方式、模板尺寸、振捣等。

［3］

3．1．2

测值分析与结论

22．1

实验系统配置应变测试系统

可以粗略判断混凝土的侧压力在浇筑过程从测得的数据上，

将表1中中具有一定的规律性。为了可以更直观的显示其规律，的数据导入分析软件得到如图2所示折线图。

140

[**************]

C1C2C3C4

应变值/με

应变测试方法与技术作为实验力学的重要组成部分，被广泛

［4］

应用于各种工程结构中。电阻应变片的优点主要表现在尺寸小、重量轻、安装方便，一般不会干扰构件的应力分布，并且精度较高，对环境的适应性好。本项目的应变测试即采用普通的电阻应变片来实现。

该系统中的模板采用标准油料大筒，直径60cm，高度90cm，以电阻应变片粘贴于钢筒的侧壁，并用电阻应变仪测得实验过程中侧边的应变值，最终计算得到模板所受的侧压力。

■

1234

567

时间顺序号

891011

图2钢筒模板应变变化图

2．2压力测试系统

为了检测不同厚度的混凝土对侧壁的压力影响，共设计了两

9点为初凝之后的振动过程中的应变变化值。

种不同规格的水池，净空尺寸分别为：①50cm×40cm×80cm，

分析以上曲线图可知，本次实验的结果有如下显著规律：1）随

②50cm×26cm×115cm。

对模板的侧压力逐渐增大。2）混凝土着混凝土浇筑高度的增加，

土压力盒具有较高灵敏度、结构简单、体积小等优点，更适合

在振动器的作用下产生的对模板的侧向压力迅速增加，增幅明［5］

于室内模型试验或较小比例的模型试验。该测试系统以振弦

显。3）振动停止，混凝土的侧向压力明显下降，处于振动状态下

采用简易的振弦频率测试仪测得压式土压力盒为主要测试设备，

如果重新对其进行的80%左右。4）混凝土在开始失去塑性之后，

力盒上的频率变化值，最终换算得到压力值。

振动，其产生的侧压力值仍将上升，但最大值明显小于新浇筑的

将土压力盒埋置于模板的侧面和底面，侧面的压力盒尽可能

时期。5）混凝土凝结硬化后，完全失去可塑性，其对侧壁的压力

靠近模板的底部，并且使其与模板的内边平齐，以获得更可靠的

直至可以忽略，实验结果与理论相吻合。逐渐下降，

而底部的压力盒则主要用于数据的校验。压力值，

其中第2时间点为灌注混凝土后的应变值，第3时间点为振

4点～5点为振动后测得的应变值，7点～动过程中的应变值，

3试验成果与数据分析

3．1钢筒模板系统压力数据分析

3．1．1测点布置及应变测值

钢筒模板系统采用通过测试钢筒周边拉压应变，然后折算混凝土模板侧压力的方式进行。其测点布置如图1所示。

3．2砌体模板系统压力数据分析3．2．1测点布置及压力测值

砌体模板系统采用土压力盒直接测试压力的方法测得新浇

其测点布置示意图如图3，图4所示。混凝土的侧压力，

混凝土灌注线

土压

力盒

5060

土压力盒

60

图3①号池测点布置示意图（单位：cm）

图1测点布置示意图（单位：cm）

64mm和93mm。实验所使用的混凝土坍落度分别为32mm，

机械振捣棒端部振捣部长度为30cm，有效作用深度100cm。当测定振捣作用下的混凝土拌合物处于振捣棒有效作用范围内时，压力值。

砌块模板系统压力测试表见表2。

浇筑的混凝土坍落度为46mm，振捣方式采用插入式内部振

捣棒进行振捣。测定值为混凝土在整个浇筑过程的灌注中、灌注后、机械振捣时、振捣后等几个关键控制点的应变数据。具体如

第41卷第33期2015年11月

潘剑云等：混凝土侧压力测试技术研究

·39·

▲

混凝土灌注线

7090110

土压力盒

[1**********]0-5初始值

▲

■

◆

压力值/kPa

◆

▲

■

2-32-62-9

◆

浇筑

完成机械振捣振捣结束初凝结束终凝结束

图4

初始浇筑值完成kPakPa[1**********]0

1．17

②号池测点布置示意图（单位：cm）表2砌体模板系统压力测试表

振捣结束kPa3．00

初凝结束kPa0．230．85

终凝结束kPa

理论静水压力坍落深度（r=25kN）温度

度0

m℃

mmkPa

7．5112．5215．0217．4022．3727．3517．4022．3727．3517．4022．3727．35

21．964

21．632

22．332

23．5

浇捣过程

图8深度1.1m处不同坍落度的混凝土侧压力对比曲线

测点1-11-21-32-12-22-32-42-52-62-72-82-9

机械

振捣kPa4．00

通过对所测得的数据进行对比分析，可以得到以下结论：混凝土浇筑完成后，未进行振捣之前，侧压力基本呈现随高度增加而增加的趋势，但其实际测得值远小于理论静止流体的侧

并且测试值有上下波动。分析其原因主要是由于未经振压力值，

动的混凝土中存在大量空隙，分布不均匀，部分模板甚至没有接

触到混凝土，造成压力测试上的偏差。无论混凝土的坍落度是大还是小，在振动状态下，侧压力最大值与理论静压力值高度吻合，误差基本控制在10%以内，说明最大值与坍落度没有明显的此时混凝土基本处于完全流动状态，相关性。

从图6～图8中得到一个相同的结论：虽然混凝土的侧压力在振动状态下与坍落度不相关，但在非振动状态下还是表现出明显的区别。坍落度愈大，则振动前和振动刚结束时，其侧压力值明显高于坍落度小的情况。

振动结束后，混凝土侧压力值下降，浇筑宽度大，侧压力下降较少，宽度小的侧压力则下降较多，其原因应该是浇筑宽度较小的状况下，混凝土的自立性较强，一旦撤出振动力后，由于混凝土自持，侧压力下降较快。混凝土凝结后，侧压力迅速下降至最低值，甚至多点出现负值，在排除设备自身的系统误差因素后，主要原因在于混凝土凝结硬化后，自身体积的收缩对压力盒施加了拉力，实际工程中则可认为此时混凝土对模板的侧压力降至零。

－0．45－0．650．3

－0．540．5－1．030．6

1．0211．019．431．1215．3013．017．0617．544．659．9020．286．5613．4525．1412．01

－2．87－2．390．7－2．54－1．720．91．34

－1．221．10．310．451．060．330．85

0．70．91．10．71．1

9．3517．2910．96－1．2812．4322．5614．81－0．1217．2626．4120．7620．0221．9720．7825．8328．1526．39

2．871．074．92

15．3217．6514．92－0．54

－0．210．9

——①号池，——②号池，注：测点1—宽度较大；测点2—宽度较小，高度较大

3．2．2

测值分析与结论

对测得的数据进行分析，将考虑从几个方面着手。第一，从

如图5所示；第二，从不同的同种坍落度但不同的浇筑深度入手，

模板尺寸进行分析，如图5中1-折线与2-折线对比；第三，从同种

配合比不同坍落度看测值的变化，如图6～图8所示。

▲

◆

▲

●

◆

▲

浇筑

完成机械振捣振捣结束初凝结束终凝结束

浇捣过程

图5两种模板不同浇筑深度的混凝土侧压力变化对比曲线

压力值/kPa

15105

0▲

■

▲■

-5

初始值浇筑

完成

◆

机械振捣初凝终凝振捣结束结束结束浇捣过程

图6深度0.7m处不同坍落度的混凝土侧压力对比曲线

2520151050▲

◆

▲

压力值/kPa

◆

▲

-5浇筑初始值完成

◆

机械振捣振捣结束初凝结束终凝结束

浇捣过程

图7深度0.9m处不同坍落度的混凝土侧压力对比曲线

◆

▲

■

▲

2520151050-5初始值

压力/kPa

◆

▲

■

1-1深度0.31-2深度0.51-3深度0.62-1深度0.72-2深度0.92-3深度1.1mmmmmm

4结语

本实验采用了两种不同的实验设备进行测试，钢筒模板应变测试系统和砌体模板压力盒测试系统。从使用情况和测试数据上来看，两者之间存在较大差异，各自都有优缺点，对于不同的情况有各自的适用性。

其中，钢筒模板系统的模板整体刚度相对较小，钢材对应变计有良好的适应性，单点测试值能较好反映压力变化规律。1）优点：a．实验模板制作简便，准备时间相对较短；b．可以使用应变测量方式进行多点长时间测试，数据量大；c．测试设备简单，只需要普通应变片即能完成测试，费用较低。2）缺点：整体刚度小，使得混凝土在浇筑过程中钢筒发生局部变形，某些测点产生较大的压应力，影响测试效果，甚至某颗粗骨料顶到应变片都会使其报废。对于测得的数据，需要人工辨别是否正常，剔除明显不正确的测点。

相反，砌体模板系统刚度大，不易变形，测试压力盒表面积大，能中和局部骨料的不均匀压力，测试值更接近理论计算值。但安装压力盒的过程较复杂，工时花费多，且压力盒价格较应变片大，费用较高，对于小型实验来说，使用量不能过多，连续监测的能力也没有应变仪好。

综合以上两种系统的分析结论，建议在进行测定混凝土侧压力的实验中，可以有针对性的选择方案，实验目的偏重于分析规律性的，则使用第一种方案；侧重于数值准确性的，则可选择第二种方案。

2-12-42-7

2-22-52-8

·40·

第41卷第33期2015年11月

SHANXI

山西

AＲCHITECTUＲE

建筑

Vol．41No．33Nov．2015

文章编号：1009-6825（2015）33-0040-03

负偏差对焊接H型截面受弯钢构件承载力影响研究★

苗莉娟

（1．浙江建设职业技术学院，浙江杭州311231；

吴沙沙

2．杭州恒达钢构股份有限公司，浙江杭州311223）

摘

要：采用数据分析的方法，研究了当钢板供货宽度、钢板厚度、截面高度这三个因素发生变化时，负偏差对焊接H型截面受弯

钢构件承载力的影响规律，结果表明：钢板厚度导致负偏差对承载力下降的影响最大，钢板供货宽度次之，截面高度影响最小。

文献标识码：A

装负偏差对焊接H型截面受弯钢构件承载力影响进行研究。研

究分两步进行：

首先在板厚负偏差和组装负偏差存在的前提下，确定影响钢

板厚构件承载力的主要因素；其次研究当影响因素发生变化时，负偏差和组装负偏差对承载力的影响规律。

承载力降低/%

关键词：负偏差，焊接H型截面，承载力

中图分类号：TU312

DOI:10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2015.33.023

引言

钢梁是钢结构中常见的受弯构件，通常为焊接H型截面。结构设计时，截面参数取理论值。然而由于钢板的生产工艺和钢构件组装精度等原因，其实际截面尺寸存在负偏差。负偏差会使截面有效面积减小，钢梁的承载力降低。本文拟对板厚负偏差和组

承载力降低/%

8642

◆

■

8642

◆

■

◆

■

◆

■

◆

■

◆

■

◆

■

◆

■

◆

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◆

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◆

■

▲▲

▲▲▲▲

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▲▲■

▲▲▲▲▲▲

▲▲◆

■

▲★

▲▲▲▲★★

300400

[1**********]0截面高度/mma）钢板宽度≤1500mm

■

900300

[1**********]0截面高度/mm

b）钢板宽度＞1500mm~2500mm

◆

400

10承载力降低/%

◆

8642

■

◆

■

◆

■

◆

■

◆

承载力降低/%

8642

▲▲▲

▲▲

▲▲▲▲

▲

▲▲

300

[1**********]0截面高度/mm

c）钢板宽度＞2500mm~4000mm

400

▲注：图标代表不同的板厚，单位为mm

图１钢板供货宽度和板厚不变，截面高度变化

櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅

参考文献：［1］王旭峰，刘继文．从地铁桥墩立柱模板坍塌事故分析探讨混J］．建筑技术，2009，40（8）：734-737．凝土侧压力值［［2］杜荣军．混凝土工程模板与支架技术［M］．北京：机械工业2004．出版社，［3］AssaadJ，Khayat．K．H．Effectofcastingrateandconcrete

temperatureonformworkpressureofself-consolidatingconcrete［J］．MaterialsandStructures，2006（39）：333-341．

［4］沈观林．应变电测与传感器技术的发展及其在工程结构中

J］．工程力学，2004（S1）：164-179．的应用［［5］韦四江，王大顺，郜进海，等．微型土压力盒的标定及修正

［J］．地下空间与工程学报，2009（5）：1003-1006．

Ｒesearchontesttechnologyofconcretelateralpressure★

PanJianyun1

LiuGuohua2

YangBo3

SunHaitao1

ZhangXin1

（1．SchoolofLandscapeArchitecture，ZhejiangA＆FUniversity，Lin’an311300，China；2．CollegeofCivilEngineeringandArchitecture，ZhejiangUniversity，Hangzhou310058，China；3．SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，ZhejiangSCI-TECHUniversity，Hangzhou310018，China）

Abstract：Analyzesthelateralpressureofthefreshconcreteontemplate，andintroducestwoeasily-operatetestingdevices．Bycomparingthemeasuredvalueswiththetheoreticalvalue，itwasverifiedtheeffectivenessofthedevice．Experimentalresultsshowthatthestraintestingdevicecapableofreactinglateralpressurevariation，pressuretestingdevicemeasuredvalueandavalueclosetothetheoreticalanalysis．Keywords：freshconcrete，templates，testequipment，lateralpressure

15收稿日期：2015-09-“负公差及组装偏差对钢构件承载力影响分析”（项目编号：2014Z022）；浙江建设职业技术★：浙江省住房和城乡建设厅资助项目

“负公差对焊接H型钢梁承载力影响分析”（项目编号：201408）学院科研资助项目

作者简介：苗莉娟（1971-），女，硕士，高级工程师

●★●★

900300

[1**********]0截面高度/mm

d）钢板宽度＞4000mm~4800mm

400

[1**********]640

▲

★★

900

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★★

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★★★★

900

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混凝土侧压力测试技术研究

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