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1、 国内图书分类号： 密级：公开 国际图书分类号： 西南交通大学 专业硕士研究生论文 铝合金模板应用技术研究 年 级 _2010 _ 姓 名 _ 周乐宾 _ 申请学位级别 工程硕士 _ 专 # 律筑与土木工程 指导老师 _ 黄云德 _ 二零一四年十二月十五日 Classified Index: U.D.C: Southwest Jiaotong University Master Degree Thesis Research on Application Technology of Aluminum Alloy Template Grade: 2010 Candidate: Zhou Le bi
2、n Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality: Architecture and Civil Engineering Supervisor:Huang Yun de Dec.15,2014 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于
3、 1. 保密在年解密后 适用本授权书 ; 2. 不保密，使用本授权书。 (请在以上方框内打 “ V” ） 学位论文作者签名 : 指导老师签名： 日期： 曰期： 西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献 ） 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 1. 本论文系统总结了国内外铝合金模板发展历史和应用现状，并针对国内铝合金 模板应用情况进行了详细的阐述，对铝金金模板在保证砼的平整度、垂直度、阴阳角 方正度，梁、柱、板之间保证接头质量，砼表面光洁度等方面等实测实量、观感质量 方面的革 命性的提高得到了充份实践证明； 2. 利用板宽度小于 2m水平构件在验强度达到 50%后就可拆除支撑的理论基
4、础 (梁部位仍按规范要求），为铝合金模板早拆体系中铝合金模板减少水平构件配模套 数（竖向立杆套数不减），节约模板整个使用量本得以现实，减少成本投入，有利于 铝合金模板推广应用； 2. 对铝合金模板早拆支架体系采用 ADINA有限元分析方法和结合 EXCEL 图形处 理，分析结论为铝合金模板早拆支架体系的设计提供了可靠的依据。 3. 对早拆模后结构的最不利应力分布。情况的分析和对支架立杆的稳定性分析， 以及所提出 的施工措施，对指导工程安全施工具有重要的参考价值。 4. 分析了铝合金模板推广应用中存在的问题，如由于铝模的化学性能的活跃性， 与铝模接触的砼表面易氧化，由于铝合金模板剪力墙柱等部位由
5、于特殊传力特点，要 求其根部标高及表面平整度特别高，如何更好控制墙柱根部楼板砼浇筑标高及表面平 整度等等，设计出了了解决的措施。针对铝合金模板及早拆体系的施工，在总结施工 应用经验的基础上，采用 PDCA循环进行分析，提出了保证质量、安全的工艺方法、 技术措施和施工要点，对铝合金模板和早拆体系的推广和工程应用具有重要参考价值。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将
6、由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： P以 西南交通大学硕士研究生学位论文 第丨页 摘 要 当前，我国的模板技术呈现出多样化、标准化、商品化的发展趋势，其中铝合金 模板技术作为新型模板 技术，在房建工程中已经取得了较好的应用效果，但新技术的 推广需要质量标准做支撑，否则会受到劣质产品的冲击而影响推广。为促进铝合金模 板质量体系的形成，为推广应用新材料、新技术，实现绿色施工，本文对铝合金模板 施工进行了系统性的研究，主要开展了以下工作： 1. 对铝合金模板支撑体系即早拆体系，进行理论研究。使用 ADINA 有限元软件 建立模型，分析了铝合金模板的受力情况以及拆模后混凝土实体的应力分布，结果表
7、 明：拆模后混凝土结构的最大应力将出现在板上部靠近支撑杆边线、向梁一侧，以及 梁下部与板相接处；为确保施工 安全，在遇大梁时，应在梁两侧加设支撑 ； 层高增加 时，需相应增加杆件的惯性矩。 2. 系统性研究了铝合金模板施工过程，包括铝合金模板的应用范围、模板加工进 场、现场拼装施工、细部做法以及安全、质量保证措施，主要得到以下结论：铝合金 模板适用于标准层数较多的超高层结构以及结构够形状简单、工期紧，有创优要求的 结构；加工铝模时需严格控制原材料质量，项目部宜派技术人员进场协助加工；模板 不宜一次性出厂，以便在施工过程中不断优化；拆除后的模板及时维护、校正变形。 3. 使用 PDCA的质量控制
8、方法，分析了影响铝合金模板 混凝土成型质量的主要因 素，并提出了相应的解决措施，对措施实施的效果进行了检查，结果表明：混凝土坍 落度、振捣方法、模板的清理维护等是造成混凝土表面麻面、气泡的主要因素；严格 控制模板加工尺寸偏差、尽量将坍落度控制在 160mm 左右、对新模板使用前行预氧化 处理等措施有利于提高混凝土成型质量。 论文从理论和应用两方面对铝合金模板施工进行了系统性研究，过程中自主研制 了铝合金模板拆除杆，成功申报国家实用新型专利；在某在建项目成立 QC小组，获 得全国工程质量管理小组二等奖；同时，对铝合金模板施工过程的研究成果已成 功申 报四川省省级工法。取得的成果已表明，本文的研究
9、对指导铝合金模板施工、推广铝 合金模板应用具有很强的实际意义，且有助于铝合金模板质量体系的形成。 关键词：铝合金模板；早拆体系；施工管理；影响因素；理论研究；模板体系；房建 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 I 丨页 Abstract Nowadays, diversification, standardization and commercialization of template technology have became a growing trend in China. Aluminum alloy template technology, as a new technology
10、, has been successfully applied in housing construction projects. However, its further wide use should be supported with corresponding quality standards. Otherwise, it will be subjected to affect by inferior products. To promote the formation of aluminum alloy template quality systems and the applic
11、ation of new materials and new technology, and to achieve green construction, a systematic study on aluminum alloy template technology has been done in this thesis. The main works are as following: 1. Support systems of aluminum alloy template, that is an early split system, has been theoretically r
12、esearched. Based on the calculation models established by ADrNA, one of the most famous finite element softwares, force status of aluminum alloy templates and stress distribution of concrete structures after romoving templates are analyzed. It is shown that the position of the maximum stress in conc
13、rete structures is at sideline of the strut by the side of the beam, the same at the lower of the beam connected to the plate. Thus, struts should be enhanced at both sides in order to ensure construction safety when conducting the construction of big beams. In addition, moment of inertia of struts
14、needs to be increased with the number of layers. 2. Construction processes of aluminum alloy template have been systematically researched, including application range, manufacturing and assembling templates, detailed working practice, and assurance measures of safety and quality. The main conclusion
15、s are as follows: First, aluminum template is suitable for the construction of ultra-high-rise structures M7hich has more standard layers, as well as simple shape structures and limited construction time. Secondly, the quality of raw materials is very important. Thus, it should be better that teclmi
16、cal persomel from project department assists to instmct machining templates. Thirdly， templates should be continued to optimize in the construction process. Finally, templates should be timely corrected and maintenanced after working. 3. PDCA quality-control method has been used to analysis the main
17、 factors that affect the quality of concrete structures forming by aluminum alloy template. Corresponding solutions have been proposed to check the effect of implementation. The results show that the slump and the vibration method and templates maintenance are the main factors causing the sxirface p
18、ock or bubbles. It will be better to improve the quality of concrete structures by 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 |丨丨页 controlling the size deviation and making the template pre-oxidation and controlling the slump about 160mm. All in all, Aluminum alloy template technology has been researched in this thesis from
19、 both theory and application. The technology of removal lever of aluminum template, which has applied for CWnese utility-model patents successfully， was independently developed during the experimental process. Moreover, a QC-team was established in a projection department, which has won the National
20、 Project Quality Management Team and the Second-Prize. Meanwhile, the research about aluminum alloy template has been applied the provincial labor law of Sichuan province successfully. Thxis, the conclusions of this thesis have important contributions to guiding the aluminum formwork, expanding its
21、application, and promoting the formation of its quality systems. Keywords： Aluminum alloy template; early split system; construction management; factor; theoretical research; template system; housing construction 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 IV 页 目 录 第 1 章绪论 . 1 1.1选题背景与研究意义 . 1 1.1.1选题背景 . 1 1.1.2研究意义 . 1 1.2
22、国内外研究现状 . 2 1.2.1国内外模板工程现状 . 2 1.2.2国内外模板支撑体系研究现状 . 5 1.2.3模板体系的发展趋势 . 6 1.3铝合金模板应用现状 . 7 1.3.1铝合金模板系统 . 7 1.3.2铝合金模板的优缺点 . 8 1.4本文研究内容 . 14 1.4.1主要研究内容 . 14 1.4.2研究方法 . 15 第 2章铝合金模板支撑体系 的理论研究 . 16 2.1支撑体系稳定的理论基础 . 16 2.1.1欧拉公式 . 16 2.1.2稳定性理论分析方法 . 16 2.2铝合金模板支架设计计算 . 17 2.2.1材料参数 . 17 2.2.2荷载计算 .
23、18 2.2.3抗压承载力计算 . 19 2.2.4稳定性验算 . 19 2.3早拆体系有限元分析 . 19 2.3.1模型的建立 . 19 2.3.2 后处理 . 21 2.4影响支架稳定性的因素分析 . 22 _ 西南交通大学硕士研究生学位论文 _ 第 V 页 2.4.1支撑杆长度影响 . .22 2.4.2支撑杆的规格影响 . 22 2.4.3混凝土浇筑方向 . 23 2.5本章小结 . 24 第 3章铝合金模板工程施工管理 . 25 3.1铝合金模板的应用范围 . 25 3.2铝合金模板的施工 . 26 3.2.1铝模进场前准备 . 26 3.2.2模板安装的工艺流程及操作要点 . 2
24、6 3.2.3混凝土浇筑 . 29 3.2.4模板的拆除与传递 . 29 3.3细部做法 . 30 3.3.1 飘窗 . 30 3.3.2楼梯踏步 . 30 3.3.3门窗洞口及预留洞口 . 31 3.3.4固定线盒 . 31 3.4模板安、拆质量及安全保证措施 . . 32 3.4.1质量保证措施 . 32 3.4.2安全管理措施 . 34 3.5本章小结 . 34 第 4章影响铝合金模板砼成型质量的因素研究 . 36 4.1 PDCA质量控制方法 . 36 4.1.1 PDCA 的概念 . 36 4.1.2质量控制活动的开展 . 36 4.2影响因素分析 . 37 4.2.1人的因素 .
25、37 4.2.2机械的因素 . 38 4.2.3材料的因素 . 38 4.2.4施工方法的因素 . 38 4.2.5施工环境的因素 . 38 _ 西南交通大学硕士研究生学位论文 _ 第 V 丨页 4.3解决措施 . 39 4-3.1针对人的因素 . 39 4.3.2针对材料的因素 . 39 4.3.3针对方法的因素 . 40 4.4对策实施效果 . 41 4.4.1检测部位合格情况 . 41 4.4.2实施效果图 . 42 4.5本章小结 . 43 第 5 章结论与展望 . 45 5.1结论 . 45 5.2建议与展望 . 46 致谢 . 47 参考献 . 48 个人简历 . ： . 50 攻
26、读硕士期间发表论文 . 52 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 1页 第 1 章 绪论 1.1 选题背景与研究意义 1.1.1 选题背景 从 20世纪 80年代起，随着高层建筑在国内的兴起，我国的建筑结构从以砖混结 构为主转向整体性好、抗震性能强、用钢量少、防火性能好和造价比较低的现浇混凝 土结构 1，从而大大促进了我国模板技术的发展。 当前，我国的模板技术正处在新旧并举、不断创新的形式下。在建筑施工和科研 人员的努力下，不仅研制开发了各种通用性较强的新型组合式模板 2，还结合工程结构 构件的构造特点和工艺要求，研制开发了适应竖向和水平结构构件施工的工具式模板 3 和永久式模板 4,使我国的
27、模板技术逐步朝着多样化、标准化、系列化和商品化方向发 展，目前已经形成组合式、工具式、永久式三大系列。如何既保证施工安全，又加快 承重模板的周转速度、减少模板投入、降低工程费用，已经成为模板施工中考虑的主 要问题。为满足安全经济的市场需求， 20 世纪 80 年代中期 5，早拆工艺的使用得到 了改进和完善，取得了很好的经济效果。 但与此同时，随着竞争的激烈，由于没有形成统一的技术标准、新型模板质量体 系不健全，很多劣质模板流入市场，严重影响了新型模板的使用及推广。以钢模板为 例，我国钢模板使用寿命 一般为 510年，大钢模用钢量为 180kg/m2左右，而国外钢 框胶合板模板的钢框使用寿命可达
28、 20年左右，用钢量 40 45kg/m26。再如竹 (木）胶 合模板，大都为低质易耗的素面板，周转次数减少，严重浪费竹林 (木材 )资源 7。而且 报废的模板在施工现场很难处理，不但占用施工场地，而且对环境造成恶劣影响。新 的模板技术、专利等虽然不断出现，但是真正能走入市场的并不多，整个模板市场并 没有形成一个良性循环，浪费资源，污染环境的情况还较为严重。 综上所述，对新型模板进行系统化研究、规范其使用尤为重要，这是 模板市场革 新的必经之路。 1.1.2 研究意义 (1)国内外的模板工程发展已经为铝合金模板工程在我国的发展指明了方向，即 工程推广应用于质量体系同步发展，只有这两方面相辅相成
29、，才能使新型模板长期立 足于建筑市场。但铝合金模板在我国尚属新工艺，无相应质量体系，对其进行系统性 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 2页 研究，可以为体系的形成推波助澜。 (2)铝合金模板在我国的建筑市场中正处于推广应用的过程中，但在该过程中， 由于现场工人大都无相关的施工经验，探 索着施工容易影响实体的质量，造成负面效 应，阻碍新型模板的推广。为施工提供系统性的施工流程，使其有据可依，这样有利 于避免操作错误，也更利于该模板体系的推广。 所以，选择铝合金模板施工进行研究，对铝合金模板的推广有着重要的实际意义。 1.2 国内外研究现状 新型模板的研究开发和应用已有重大进展，主要体现在模板体
30、系化、模板材料的 多样化（木、钢、竹、塑料、玻璃钢、铝合金）、多功能化以及专业化，也取得了一定 的经济效益和社会效益。 1.2.1 国内外模板工程现状 (1)国内模板工程现状 当前，我国的建筑模板市场仍然是以木胶合板模板为主，主要是因为其经济成本 低，板面平整光滑，可锯、可钻，易加工成不同形状，耐低温，有利于冬季施工。同 时拆装方便，操作简单，施工进度可以保证。但随着时代的发展、科技的进步，建筑 市场也提出了绿色、节能的理念 8,9，并对质量的要求不断提高，这些都严重冲击了木 模板市场。由于木模板周转次数低，浪费木材，怕水浸泡，容易变形，易起鼓、脱皮 等，影响结构混凝土表面的观感质量，与此同时
31、，受到国外先进技术的影响，一些新 型模板及 其体系逐渐进入市场。 上世纪 80年代初，各种新型结构体系不断出现，现烧混凝土结构猛增，在“以钢 代木”方针的推动下，我国研制成功了组合建筑钢模板先进施工技术，改革了模板施 工工艺，节省了大量木材，钢模板推广应用面曾达到 75%以上，钢模板生产厂曾达到 1000 多家，钢模板租赁企业曾达到1.3万多家，年节约代用木材约 1500万立方米 1(),取 得了重大经济效果和社会效果。但该项技术的应用并没有形成良性循环，竞争激烈、 没有形成质量体系的大模板由于劣质产品的涌入和技术的不成熟而失去了大量市场， 加之报废的模板 材料不知如何处理，致使某些地区已禁止
32、使用该项技术。 1982年，我国最早的定型组合式塑料模板研制成功。此模板为复合材料，以聚丙 烯为基材，采用玻璃纤维增强，再经过注塑模压成型，其结构和规格尺寸与组合钢模 板相似，工程应用效果较好 n。但同时，由于竹模板和木模板的市场份额较大，塑料 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 3页 模板并没有被大量的推广应用。至 21世纪我国塑料工业发展迅速，塑料模板的生产企 业不断增多，各种新型塑料模板 12也不断的被开发出来。 如增强塑料模板、中间空心 塑料模板、低发泡多层结构塑料模板、工程塑料大模板、钢框塑料模板和木塑复合模 板等。但塑料模板的发展仍受到下列因素的制约 131:强度、刚度小；耐热性差
33、； 温度稳定性及抗老化性能差；无行业标准，品种规格杂乱。综上，塑料模板若要 取得较大市场，还需进一步的技术革新。 竹胶合板模板的推广应用可以追溯到上世纪 90年代。竹胶合板模板的工序简单， 在生产过程中对环境的影响较小，是一种生态建筑材料。提倡以竹代木，发展竹胶合 板模板也符合绿色施工的建筑理念 14。从科技水平来看，竹胶模板 制造技术、工艺不 断改进，据统计，至本世纪初，全国竹模板企业已有 100 多家，竹胶合板年产量约 60万 立方米，年产值近 18亿元。品种包括素面板、复面板、全竹板、竹木复合板等十几种 15， 但在其应用和发展过程中，也出现了一些问题。例如由于竹加工企业的盲目扩展 16
34、， 使本来富足的毛竹资源出现不足的趋势，竹模板也没有成熟的质量体系，导致质量不 断下降，加之竹模企业规模大都较小，其他新型模板不断涌现，近年来，竹模板的市 场份额较之前有所减少。 在模板体系标准化方面，我国现行相关的模板规范主要如下表。 表 1-1现行模板相关规范一览表 规范名称 编号 建筑施工模板安全技术规范 JGJ162 建筑工程大模板施工技术规范 JGJ74 竹胶合板模板规范 JGyT156 液压滑动模板施工安全技术规程 JGJ65-89 爬模技术规程 JGJ195 组合钢模板技术规范 GB50214 钢框胶合板模板技术规程 JGJ96 (2)国外模板工程现状 美国常用的模板体系主要有
35、17:全钢模板体系，包括 Max-A-Form墙柱模板、 房建隧道模、 EFCO钢模系统 18、 Flex-Fonn弧形模板；钢框胶合板模板体系，包括 Alisply墙模板、 Steel-Ply 组合模板、 Versiform 墙柱模板；错合金模板体系，包括招 合金次梁无框模板体系、铝合金模板；水平支撑体系，包括木模与钢支架、铝合金 桁架台模。随着技术的进步，还出现了织物模板等新型模板 19，其模板生产、加工方 法不断更新。 加拿大居民 90%的住宅是木结构房屋 pe， 木结构建筑在加拿大已经成为工业化规 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 4页 模化、集约化生产的产物。在 多伦多的高层建筑中
36、，施工用模板比较有代表性的是 ALUMA1211模架公司推广的模板体系。特点是用铝工字梁与木胶合板组成大墙模板， 水平大模板和柱模板等，其组拼方便、模板面积大、工作效率高，很适合板式混凝土 结构；墙体模板可以双吊、双落；水平大模板以整体吊装的台模 (飞模 )为主，也有少量 散装散拆，多用于特殊部位。个别工程采用 PERI 的液压爬模、早拆模板、带框的胶 合板模板，几乎都是采用类似上述的 ALUMA大墙模板和整体吊装的台模。 在円本 P2， 木胶合板模板和钢模板占土木行业的主导地位，钢框胶合板模板的用 量较小。R 本的钢模板从美国引进， 20实际 60年代后大型建筑企业开始对钢模板进行 深入研究和开发，对模板设、生产工艺、施工技术、使用管理等方面不断改进。 1967 年制定了标准，产品形成标准化，规格系列逐步完善。至当代，円本组合钢模板生产 线已达到完全机械化、自动化的程度。日本钢模板产品质量高，模板体系完善，各种 配件和支撑系统配套，不仅能适应普通混凝土施工质量要求，还可以用于清水混凝土 施工，因此其应用范围广。 澳大利亚领土面积广阔，但由于人口稀少，建筑工程量也相对较少 123。较为代表 性的几种模板主要有： RMD 模板公司生产的铝合金墙模、铝合金飞模、爬模、塑料模板、 铝合金梁模等