組合鋼模板在混凝土梁實驗教學中的應用

于文杰 張安靜 竇國濤 谷洪亮

1.鄭州航空工業(yè)管理學院土木建筑學院；2.河南黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心

1 教學背景

混凝土梁構(gòu)件實驗作為土木工程專業(yè)非常重要的結(jié)構(gòu)實驗課，涉及土木專業(yè)諸多課程和知識點，與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、土木工程材料、建筑構(gòu)造、結(jié)構(gòu)力學、建筑制圖、材料力學等課程直接有關(guān)，并涉及物理學、數(shù)理統(tǒng)計分析、土木結(jié)構(gòu)檢測等內(nèi)容。

目前國內(nèi)開設(shè)土木工程專業(yè)的大部分院校由于實驗條件和課時的限制，試件委托校外或校基建辦加工制作，成型后運至結(jié)構(gòu)實驗室[1]。學生沒有參與實驗過程，不清楚材料性能，試件制作的過程及其實驗方案設(shè)計安排需要考慮因素。

在混凝土梁的制作過程中模板的施工環(huán)節(jié)尤為關(guān)鍵，現(xiàn)有技術(shù)主要采用木模板，但其制作過程繁瑣復雜，費時費力，效率較低置；且木模板的制作中需要專業(yè)的設(shè)備，并對技術(shù)水平要求很高，學生架模和支模中存在較大的安全隱患。這些都影響了鋼筋混凝土梁類教學實驗課程的開展，不利于學生對所學理論知識形成更加深刻直觀的認識。

2 學生參與混凝土梁制作的重要性

學生自己動手澆筑混凝土梁的過程，可以鞏固學生的理論知識、提高學生的實踐應用能力，充分了解混凝土梁構(gòu)件的制作工藝和相關(guān)儀器操作能力。學習鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)材料的基本力學性能和實驗方法、測試項目和要求；培養(yǎng)團隊合作精神，加強對鋼筋混凝土計算理論的理解。

在混凝土單梁的制作過程中涉及知識點有：鋼筋下料與鋼筋籠制作、設(shè)計混凝土配合比、模板支護、拌和澆筑混凝土、混凝振搗、混凝土構(gòu)件和試塊養(yǎng)護、混凝土試塊強度檢測等。

學生自己制作實驗用混凝土梁，由于后期需要加載破壞自己澆筑的混凝土梁，可以加強學生在制作混凝土梁時的積極性和責任心，又可使學生的學習興趣和學習積極性得到充分調(diào)動。通過真實的實驗學習，學生看過即忘，無法留下印象的弊端。又可加強實驗室的開放力度，整合并充分利用實驗教學資源，讓學生能夠根據(jù)自己的課余時間安排進入實驗室操作儀器儀表做實驗，拓展學生的第二課堂，將課堂知識與實驗操作聯(lián)系在一起，獲得土木工程結(jié)構(gòu)實驗方面的實驗操作知識和科研技能。

3 現(xiàn)有混凝土梁木模板的弊端

教學用混凝土梁主要采用木模板，由面板和支撐系統(tǒng)組成，面板是使混凝土成形的部分，支撐系統(tǒng)是穩(wěn)固面板位置和承受荷載的結(jié)構(gòu)部分[2]。混凝土梁制作過程中，現(xiàn)有的木模板制作過程復雜，需經(jīng)專業(yè)技術(shù)人員測量放線、切割、電鉆、打釘?shù)龋粩R柵、背楞輔助設(shè)施材料多且容易開裂。學生不能夠親自動手操作，且模板制作繁瑣、耗時長、拆模困難。且重新拼裝時，板縫難于處理，不易于周轉(zhuǎn)使用；切割的質(zhì)量也不好,廢料處置和堆放占用大等，使用后還要處理板面。混凝土梁木模板制作流程如下：圖紙深化設(shè)計（配模圖、支撐體系）→模板及背楞切割→定位放線找平→模板打釘組裝。

4 組合鋼模板介紹

為了克服由于木模板支護繁瑣復雜導致的學生沒有親自動手制作混凝土梁，本文提出一種快速組裝適合實驗教學的一種模板，可以在沒有專業(yè)設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員的情況下完成混凝土梁模板的組裝和脫模、不要需要其他輔助設(shè)備和工具。

本文所述組合鋼模板，采用Q235 鋼材，見圖1。主要部件有：底模板、側(cè)模板、模板堵頭、耳板、連接螺栓。整體結(jié)構(gòu)簡單，采用螺栓連接設(shè)計，耳板螺栓旋緊加強側(cè)模板連接，防止?jié)仓蟮幕炷了搅鲃邮箖蓚?cè)模板傾倒外翻。本組合鋼模板能可靠地承受澆筑混凝土的重量、側(cè)壓力以及施工振搗荷載[3]。利用組合鋼模板可以安全快速的組裝好的混凝土梁澆筑用模板，拆模方便，是一種可周轉(zhuǎn)使用的工具式模板。能滿足鋼筋混凝土梁教學實驗用模板的要求，對設(shè)備和環(huán)境要求都很低，模板可周轉(zhuǎn)使用而不影響實驗效果，而且方便學生親自動手進行實驗操作。

圖1 組合鋼模板拼裝圖

組合鋼模板，操作簡單，一看既會，不需要倚仗一些外界的力量去控制混凝土拌和物，不占用實驗場地，組合好一個混凝土梁模板只需要幾分鐘，耗時短且沒有安全隱患。

5 組合鋼模板的實踐應用

鋼筋混凝土簡支梁的受彎實驗是混凝土結(jié)構(gòu)課程中重要的基本實驗，實驗采用截面相同，但配筋不同的方式，讓學生參與少筋梁、適筋梁、超筋梁的受彎破壞實驗。梁的截面相同，長度也相同，方便學生對不同配筋率梁的破壞過程和破壞現(xiàn)象進行比較。

綜合考慮結(jié)構(gòu)教學實驗裝置、梁制作的操作性、吊裝搬運的實操性，最終確定混凝土梁的截面尺寸為長×寬×高=2800×120×180；強度等級C30混凝土，下部受力鋼筋HRB400Φ14；中間純彎曲段上部不配架立筋，箍筋：HPB235，Φ8@100mm；梁保護層厚度為20mm。

根據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》，結(jié)合實驗室的材料：PO32.5硅酸鹽水泥、粒徑為5mm～35mm連續(xù)級配粗骨料，經(jīng)測驗細度模數(shù)為2.6 的機制中砂，配置坍落度要求為50mm～90mm，強度標準差為5MPa的C30混凝土[4]。

嚴格按照GB 50204—2015《混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗收規(guī)范》的操作要求，經(jīng)鋼筋籠綁扎、組裝鋼模板并刷油、拌和澆筑混凝土并振搗密實，按照混凝土的室溫養(yǎng)護要求最終形成了實驗所需的混凝土梁[5]。拆模后的混凝土梁構(gòu)件外觀平整、幾何尺寸準確，板縫拼接密合、澆筑過程中沒有產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象。

根據(jù)GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試樣方法標準》對混凝土梁澆筑時的伴隨試塊進行強度測試，試塊規(guī)格100mm×100mm×100mm，與混凝土梁同條件養(yǎng)護28 天的強度達到34.9MPa。混凝土強度滿足C30 混凝土強度要求，且有所提高[6]。在適筋梁的三分點處施加對稱集中荷載，梁的兩端簡支在加載設(shè)備上，適筋梁破壞時的理論極限荷載為24.7kN，根據(jù)實驗測試出的實測極限荷載為32kN左右，說明經(jīng)養(yǎng)護后的混凝土梁的強度滿足實驗要求，鋼筋配置合理。組合鋼模板在混凝土梁的實驗教學中不僅操作方便，且滿足實驗加載破壞梁的強度要求，使用效果良好。

6 結(jié)束語

組合鋼模板在土木工程專業(yè)本科教學中具有很重要的意義：克服由于木模板支護繁瑣復雜導致的學生不能親自動手制作混凝土梁。主要的創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）可以在沒有專業(yè)設(shè)備和專業(yè)技術(shù)人員的情況下完成混凝土梁模板的組裝和脫模、不要需要其他輔助設(shè)備和工具。

（2）能滿足鋼筋混凝土梁實驗教學用模板的要求，拆模方便，是一種可周轉(zhuǎn)使用的工具式模板。

（3）學生全程參與實驗，避免了學生看過即忘，無法留下印象的弊端；又可加強實驗室的開放力度，整合并充分利用實驗教學資源，讓學生能夠充分利用課余時間走入實驗室。