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建筑结构在施工期通常由混凝土结构和模板支撑共同组成的临时模板支撑体系承担新浇筑楼层的自重和施工活荷载,然后将荷载传递给先前浇筑好的与模板支撑相连的数层楼板上。由于施工周期较短,这些承担施工荷载的结构仍处于养护期,混凝土的强度还在发展,构件刚度也在变化,有时导致结构承担的荷载超过其龄期内能够承受荷载的水平,由此造成现浇混凝土结构施工期安全事故增加,严重时会使混凝土结构或者模板支撑架垮塌。研究与结构共同作用的模板支撑体系受力性能,对于施工阶段建筑结构短暂状况的安全验算、控制建筑倒塌和质量事故,具有重大的理论与现实意义。国内外对施工期混凝土结构和模板支撑系统的受力性能取得了一些研究成果。 借鉴这些成果,本文对早龄期混凝土基本力学性能和施工期模板支撑体系受力性能开展试验研究和理论分析,并运用有限元软件进行模拟分析,主要包括以下方面: 对不同养护条件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混凝土抗压强度和弹性模量与时间之间的函数关系并且采用非线性最小二乘法计算给出了拟合系数,为施工期混凝土构件的抗力分析,以及施工过程数值模拟提供依据。 对施工期混凝土结构与模板支撑相互作用的时变规律进行试验研究,在实验室制作2榀两层单跨钢筋混凝土框架试验模型,分析施工周期、混凝土龄期、荷载等因素对模板支撑体系内力分布的影响规律以及施工期混凝土结构与模板支撑共同作用的受力特点。研究表明:当施加小于使混凝土构件开裂的活荷载时,早龄期与混凝土结构共同作用的模板支撑体系为一线性系统,底层支撑拆除后以及随着混凝土的龄期发展和施工周期延长,模板支撑承担的活荷载会减小;混凝土结构的钢筋应变和钢管支撑应变具有周期性波段变化的特点,当温度上升到日最高温度的时候,钢管支撑和第一层混凝土梁承受的荷载达到最大,而与此同时,第二层梁承受的荷载达到最小;支撑应变的总体趋势是逐渐增大,而梁、柱钢筋应变由于混凝土收缩影响,总体趋势则是逐渐减小,一般在前3天应变变化程度较大,随着龄期发展,应变变化程度逐渐减缓并最终趋于稳定。 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。本文应用ANSYS有限元软件,建立施工期混凝土框架结构与模板支撑共同作用的计算模型,通过对有限元模拟计算结果与框架模型试验结果的比较分析,认为二者具有较好的一致性,混凝土的收缩和徐变对活荷载的传递规律影响不明显,模板支撑体系为一线性系统,可以根据加载龄期混凝土力学指标计算求得施工期与结构共同作用的模板支撑体系的内力和变形。