摘要：施工期早齡期鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與模板支撐系統(tǒng)組成臨時承載體系為時變結(jié)構(gòu)，其承擔(dān)的荷載主要有新澆筑混凝土自重與包括施工人員和設(shè)備荷載以及混凝土澆筑時產(chǎn)生的沖擊和振搗荷載在內(nèi)的施工活荷載。將多層連續(xù)施工時變結(jié)構(gòu)體系模擬成一組彈性支撐連續(xù)板，根據(jù)該模型分析了施工期現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力特性。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，以構(gòu)件有效承載面積為統(tǒng)計(jì)對象，計(jì)算了混凝土施工荷載的統(tǒng)計(jì)參量，并參考相關(guān)研究成果，以95%的置信度對施工期活荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行反演，建議施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取2.5 kN/m2。 

　　關(guān)鍵詞：臨時承載體系；時變結(jié)構(gòu)；彈性支撐連續(xù)板；施工活荷載；反演 

　　Abstract：The temporary supporting system also referred as time-dependent structural system during construction， consist of early-age reinforced concrete structures and formwork supporting system. It bears the load including the new concrete weight and the live construction load. A model of continuous beam with spring supports is put forward to analyze the mechanical characteristics of the reinforced concrete structures during construction. Based on-site measuring data， effective bearing area of members were used as statistical objects to calculate statistical parameters of live construction load of concrete buildings. By referring todomestic and foreign achievements， the the standard value of the live construction load was inverted with 95% reliability and standard value of live construction load of 2.5 kN/m2. is recommended . 

　　Key words：temporary supporting system； time-dependent structure； continuous beam with spring supports； live construction load； vibration. 

　　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，由模板及支撐承擔(dān)新澆筑混凝土的自重及施工活荷載，隨后該層混凝土具有一定的承載能力，故施工期臨時支撐系統(tǒng)由早齡期鋼筋混凝土及模板支撐兩部分組成[1-2]，它是一個時變結(jié)構(gòu)體系[3]，隨著齡期的增長，新澆筑混凝土的強(qiáng)度不斷提高。近年來各國學(xué)者不斷對該類型時變結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行研究，廣泛運(yùn)用彈性連續(xù)支撐板模型[4-7]，該模型認(rèn)為在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，承擔(dān)荷載傳遞的模板支撐系統(tǒng)是連續(xù)均勻分布的彈性支撐，支撐樓板是彈性板。對凝土結(jié)構(gòu)新澆筑樓板施工活荷載進(jìn)行了研究，指出以有效承載面積計(jì)算等效均布荷載、建立概率模型擬合施工活載荷載的方法，并在施工現(xiàn)場進(jìn)行了調(diào)查驗(yàn)證；謝楠等[10-11]將二維結(jié)構(gòu)影響線的概念推廣到三維模板支撐體系，采用機(jī)動法給出了模板支架立桿軸力影響面的表達(dá)式，給出了荷載作用效應(yīng)正負(fù)區(qū)域的等效影響面高度，并提出了混凝土荷載、施工活荷載和大型布料設(shè)備荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。趙挺生等[12-13]以構(gòu)件有效承載面積為統(tǒng)計(jì)對象，建議了不同設(shè)計(jì)有效承載面積時施工活荷載的取值范圍；并指出分析梁板柱混凝土結(jié)構(gòu)施工階段承擔(dān)的施工荷載時，應(yīng)按梁、板兩個時變結(jié)構(gòu)分別計(jì)算作用于梁、板以及梁與板上支架的施工荷載。苗吉軍等[14]研究了高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的施工活荷載，通過對國內(nèi)外施工活荷載統(tǒng)計(jì)結(jié)果比較，給出了各階段施工活荷載的數(shù)學(xué)模型和建議標(biāo)準(zhǔn)值。 

　　目前，對房屋建筑領(lǐng)域內(nèi)多層連續(xù)混凝土模板支架的研究較多，對混凝土結(jié)構(gòu)施工期活荷載的計(jì)算及實(shí)測也為類似工程的設(shè)計(jì)施工提供了一定的指導(dǎo)，但市政工程項(xiàng)目因其特殊性（層高、跨度大，結(jié)構(gòu)板較厚，承擔(dān)荷載較大等）成為近年來施工安全事故的高發(fā)區(qū)，針對其施工活荷載的研究也逐漸增多。 

　　本文以內(nèi)框架箱型結(jié)構(gòu)島式地鐵車站兩層連續(xù)模板支撐的現(xiàn)場實(shí)測為基礎(chǔ)，運(yùn)用彈性連續(xù)支撐板模型，以構(gòu)件有效承載面積為統(tǒng)計(jì)對象進(jìn)行施工期活荷載反演，運(yùn)用預(yù)警監(jiān)測技術(shù)對施工階段地鐵車站進(jìn)行安全控制研究，可為類似工程提供指導(dǎo)。 

　　1 彈性支撐連續(xù)板簡化模型 

　　在對多層混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，樓板之間的模板支撐可以看作是一種彈性支撐，這種彈性支撐連續(xù)均勻的分布于樓板之間。在外荷載F的作用下，可以根據(jù)變形協(xié)調(diào)及力的平衡條件對其進(jìn)行求解，如圖1所示，本文測試的兩層連續(xù)支撐架可簡化為三層樓板兩層彈性支承，其力的平衡及變形協(xié)調(diào)方程為 

　　2 現(xiàn)場測試 

　　對某地鐵換乘站梁板結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行了兩層連續(xù)模板支架測試，依據(jù)彈性連續(xù)支撐板模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)板與支撐架共同承力分析，討論了荷載傳遞規(guī)律，并為反演施工期活荷載取值提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 

　　2.1 工程概況 

　　某地鐵車站為一號線與中遠(yuǎn)期三號線的換乘站，兩部分車站一次建成，分期運(yùn)營，整個車站呈“T”型布置，車站結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)框架箱型結(jié)構(gòu)島式車站。車站主體結(jié)構(gòu)頂層混凝土板厚900 mm（局部厚度為800 mm），底層混凝土板、二層混凝土板厚度500 mm（局部厚400 mm），底層結(jié)構(gòu)層高6.05 m（局部6.15 m），二層結(jié)構(gòu)層高4.95 m�；�坑剖面見圖2，圖中虛線為混凝土梁板柱結(jié)構(gòu)，加粗區(qū)域?yàn)檫B續(xù)測試的兩層模板支撐架位置，稱為測區(qū)1和測區(qū)2。 　　施工時采用Ф48 mm×3.5 mm碗扣式鋼管滿堂支架作為臨時支撐結(jié)構(gòu)，架體立桿橫距l(xiāng)a=900 mm、縱距l(xiāng)b=900 mm、步距h=1 200 mm，為滿足側(cè)墻模板支撐的承力需求，運(yùn)用扣件式鋼管將步距調(diào)整為600 mm，組成混合模板支架；混凝土澆筑采用泵送形式、泵管末端為軟導(dǎo)管。 

　　2.2 測試系統(tǒng)設(shè)置 

　　現(xiàn)場測試采用DH3816靜態(tài)應(yīng)變測試系統(tǒng)進(jìn)行模板支架立桿應(yīng)變采集。該工程的模板支架在應(yīng)用過程中各桿件均處于彈性階段，故數(shù)據(jù)處理過程中假定鋼管材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205 N/mm2，鋼管為彈塑性材料，彈性模量為2.06×105 N/mm2， 由σ=Eε和N=σA可得到模板支架中各測試立桿的軸力。 

　　測區(qū)1和測區(qū)2的模板支架搭設(shè)參數(shù)及位置均相同，故選取上下層位置對應(yīng)的立桿進(jìn)行應(yīng)變測試，立桿位置如圖3所示，立桿1L10和立桿2L10四周的加粗區(qū)域?yàn)閱胃�立桿等效承載面積的平面示意；各測桿上的應(yīng)變測點(diǎn)布置如圖4所示，每根立桿布置4個應(yīng)變測點(diǎn)，圖中Li為立桿編號，i=1，2，…，17。 

　　模板支架一第一次受力時應(yīng)變數(shù)據(jù)采集時間間隔為：混凝土澆筑前每5 min進(jìn)行一次采樣，且在混凝土澆筑前兩天開始進(jìn)行采樣；混凝土澆筑過程中，每2 min進(jìn)行一次采樣；混凝土澆筑完成后，每5 min采樣一次。模板支架二及模板支架一第二次受力時應(yīng)變數(shù)據(jù)采集時間間隔為：混凝土澆筑前每10 min進(jìn)行一次采樣，且在混凝土澆筑前兩天開始進(jìn)行采樣；混凝土澆筑過程中，每5 min進(jìn)行一次采樣；混凝土澆筑完成后，每10 min采樣一次。 

　　2.3 測試結(jié)果分析 

　　為方便區(qū)分不同施工階段兩層模板支架的受力情況，現(xiàn)規(guī)定如下：將模板支架一的立桿在測區(qū)1頂板混凝土澆筑期間的軸力變化過程記為階段一；將模板支架一的立桿在測區(qū)1頂板混凝土開始養(yǎng)護(hù)至測區(qū)2頂板混凝土澆筑期間的軸力變化過程記為階段二；將模板支架二的立桿在測區(qū)2頂板混凝土澆筑期間的軸力變化過程記為階段三；模板支架一、模板支架二、測區(qū)一及測區(qū)二的位置示意見圖2。 

　　施工中立桿軸力因混凝土的傾倒急劇增大，振搗使得立桿軸力出現(xiàn)波動現(xiàn)象，階段一立桿軸力時程如圖5所示；階段二立桿軸力時程如圖6所示；階段三立桿軸力時程如圖7所示。圖5～圖7中橫坐標(biāo)為表示時間點(diǎn)的采集次數(shù)（圖5～圖7僅為示意，各階段不同立桿軸力變化趨勢一致。圖5為立桿1 L10在二層混凝土板開始澆筑至完成澆筑過程中的軸力變化，圖6為立桿1 L10在二層混凝土板澆筑完成至頂層混凝土板澆筑完成期間的軸力變化，圖7為立桿2 L10在頂層混凝土板開始澆筑至完成澆筑過程中的軸力變化。）。 

　　階段一數(shù)據(jù)采集較為密集，不方便整理分析，故階段二和階段三將數(shù)據(jù)的采集頻率降低。 

　　測區(qū)1頂板混凝土一次澆筑成型，故模板支架的內(nèi)力有一次突變過程，如圖5所示，OA段為混凝土澆筑至測試立桿附近時，測試立桿已開始緩慢受力； AB段為模板支架內(nèi)力的瞬時突增過程，增幅約為10 kN（此值與單根立桿有效承載面積內(nèi)新澆混凝土的重量相近），且立桿軸力隨著BC段混凝土的振搗不斷波動，波動頻率較快、幅值在5～9 kN范圍內(nèi)。 

　　測區(qū)1頂板混凝土澆筑完成后，模板支架一承擔(dān)全部混凝土重量，即階段二初期立桿軸力仍緩慢增長，見圖6中OA段；隨著混凝土養(yǎng)護(hù)過程的推進(jìn)，測區(qū)1頂板混凝土強(qiáng)度不斷增長、逐漸承擔(dān)自身重量，立桿軸力也隨之減小，如AB段所示；測區(qū)2頂板混凝土分兩次澆筑，故模板支架一第二次承載時立桿的軸力有BC段和DE段兩次明顯的突增過程。 

　　如圖7所示，模板支架二與模板支架一第二次受力時變化趨勢相近，立桿軸力也出現(xiàn)了AB段和CD段兩次波動，但其增長速度比模板支架一快、突增幅值也比模板支架一大，主要原因?yàn)闇y區(qū)1頂板混凝土已具有一定的強(qiáng)度、可承擔(dān)部分上層荷載，經(jīng)過內(nèi)力重分配后將部分荷載傳遞給模板支架一。 

　　3 施工期活荷載反演 

　　施工活荷載反演的步驟為 

　　1）以現(xiàn)場測試的立桿軸力為基礎(chǔ)，反演單根立桿有效承載面積上的等效荷載值； 

　　2）分析該等效荷載值的組成部分，從中提取施工活荷載測試值； 

　　3）運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中區(qū)間估計(jì)的方法求得施工活荷載所在的區(qū)間范圍，確定施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值。 

　　3.1 計(jì)算施工期活荷載等效值 

　　每個階段測試了17根立桿的應(yīng)變，但因施工現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜性使立桿16和立桿17的測點(diǎn)遭到破壞，故將各階段測試所得的15根立桿應(yīng)變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為其軸力，見表1（壓力以負(fù)值表示，拉力以正值表示）。表中每根立桿的軸力由圖4所示的4個測點(diǎn)應(yīng)變計(jì)算得到，當(dāng)4個測點(diǎn)應(yīng)變同號（可能出現(xiàn)立桿彎曲導(dǎo)致拉壓應(yīng)變同時出現(xiàn)在一根立桿上）時以其平均值進(jìn)行計(jì)算；當(dāng)4個測點(diǎn)應(yīng)變異號時以絕對值較大的同號應(yīng)變測點(diǎn)的平均值進(jìn)行計(jì)算。因測試為長期連續(xù)過程，無法將全部數(shù)據(jù)給出，故表中僅羅列各階段立桿軸力的最大值、最小值和全段均值，作為反演施工活荷載的測試數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 

　　采用有效影響面積的方法對施工活荷載進(jìn)行推導(dǎo)，推導(dǎo)中認(rèn)為每根立桿承擔(dān)的荷載包含以其為角點(diǎn)的4個矩形面單元荷載的1/4，反之每個矩形單元的荷載可由其角部4根立桿測試得到的軸力共同組成。以單根立桿承擔(dān)的荷載為研究對象，將其等效為有效影響面積內(nèi)的均布面荷載值，設(shè)計(jì)中考慮荷載的最不利影響，故以實(shí)測軸力的最大值進(jìn)行反演，等效面荷載見表2。 

　　表2中等效面荷載值q=Pmax/Aequ，其中，Pmax為表1中各階段立桿的最大軸力值，Aequ=la×lb為單根立桿的有效承載面積，如圖3中立桿1L10和立桿2 L10周圍的加粗區(qū)域所示。 

　　表3中的施工活荷載具有較強(qiáng)的離散性，出現(xiàn)正值的主要原因在于：參考規(guī)范對立桿軸力設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算時，選取的荷載設(shè)計(jì)值以等值集中力的形式作用于每根立桿端部，但實(shí)際工程中由于施工現(xiàn)場模板支架的搭設(shè)必然存在缺陷，使得立桿不可能均勻受力，因此，由測量所得的立桿軸力對板面施工活荷載進(jìn)行反演必然導(dǎo)致部分為正值（拉力）、部分為負(fù)值（壓力）。 　　[5]趙挺生，方東平，張傳敏.施工階段多（高）層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)統(tǒng)一模型[J].清華大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版， 2004， 44（12）：1680-1683. 

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