基于Janssen理論的自密實混凝土模板側壓力試驗及精準預測研究一、引言1.1研究背景與意義隨著現(xiàn)代建筑工程的快速發(fā)展，對混凝土性能和施工效率的要求日益提高。自密實混凝土（Self-CompactingConcrete，SCC）作為一種新型高性能混凝土，在過去幾十年中得到了廣泛的關注和應用。自密實混凝土具有無需振搗、自流平、填充性好等顯著特點，能在自重作用下均勻密實填充模板空間，有效解決了傳統(tǒng)混凝土在復雜結構和密集配筋區(qū)域施工困難的問題。這不僅提高了施工效率，降低了勞動強度，還減少了振搗過程中產(chǎn)生的噪音污染，具有良好的環(huán)保效益。同時，自密實混凝土能有效避免因振搗不足或過度振搗導致的混凝土缺陷，提高混凝土結構的密實性和耐久性，保證工程質(zhì)量。目前，自密實混凝土已在橋梁、高層建筑、水工結構、地下工程等眾多領域得到應用。在橋梁工程中，對于大跨度箱梁、薄壁墩等復雜結構，自密實混凝土的自流平特性使其能更好地填充模板，確保結構的整體性和耐久性；在高層建筑中，自密實混凝土可用于超高層結構的核心筒、復雜節(jié)點等部位，提高施工效率和結構質(zhì)量；在水工結構中，自密實混凝土的抗?jié)B性和耐久性優(yōu)勢使其適用于大壩、水池等工程；在地下工程中，如地鐵車站、隧道等，自密實混凝土能在狹小空間內(nèi)實現(xiàn)良好的澆筑效果。然而，自密實混凝土在推廣應用過程中仍面臨一些問題，其中模板側壓力的準確預測是關鍵挑戰(zhàn)之一。模板側壓力是指混凝土在澆筑過程中對模板產(chǎn)生的側向壓力，它直接影響模板的設計和施工安全。如果模板側壓力計算不準確，可能導致模板設計不合理，出現(xiàn)模板變形、脹模甚至爆模等嚴重事故，不僅影響工程進度和質(zhì)量，還可能造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。例如，在一些橋梁施工中，由于對自密實混凝土模板側壓力估計不足，導致模板爆裂，混凝土澆筑失敗，需要重新返工，造成了巨大的經(jīng)濟損失和工期延誤。影響自密實混凝土模板側壓力的因素眾多，包括混凝土材料特性（如坍落度、擴展度、凝結時間、骨料級配、外加劑等）、澆筑方式（如澆筑速度、澆筑高度、澆筑順序等）、模板特性（如模板材質(zhì)、模板剛度、模板表面粗糙度等）以及環(huán)境因素（如溫度、濕度等）。這些因素相互交織，使得模板側壓力的計算非常復雜。國內(nèi)外現(xiàn)行技術標準對于模板側壓力的計算方法和考慮因素存在較大差異，基于實測模板側壓力所提出的簡化模型多數(shù)僅考慮材料特性及相關內(nèi)部因素，而對模板摩擦系數(shù)、溫度等外部影響因素考慮較少。對于自密實混凝土，由于其材料特性和澆筑方式與普通混凝土不同，現(xiàn)行技術標準在計算其模板側壓力時考慮因素相對簡單，計算結果往往偏于保守，這不僅增加了模板工程的成本，也限制了自密實混凝土的進一步推廣應用。Janssen理論最初用于研究散體顆粒在倉壁內(nèi)的壓力分布，其基本原理是基于散體顆粒與倉壁間存在縱向摩擦力，使得倉壁可分擔散體顆粒的質(zhì)量，從而建立側向壓應力與豎向壓應力的比例關系。Gardner的研究表明現(xiàn)澆混凝土的弱結合顆粒體系與散體顆粒類似，這為Janssen理論用于預測自密實混凝土模板側壓力提供了理論依據(jù)。基于Janssen理論研究自密實混凝土模板側壓力具有重要意義，它能夠從理論層面深入剖析模板側壓力的產(chǎn)生機制和影響因素，通過試驗研究確定相關參數(shù)，建立更加準確的模板側壓力計算模型，為模板的合理設計和施工提供科學依據(jù)。這有助于提高自密實混凝土施工的安全性和可靠性，降低工程成本，推動自密實混凝土在更多工程領域的廣泛應用，促進建筑行業(yè)的技術進步和可持續(xù)發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀自密實混凝土的研究和應用在國內(nèi)外都取得了顯著進展，對于模板側壓力的研究也不斷深入。國外對自密實混凝土的研究起步較早，在模板側壓力方面開展了大量工作。日本作為自密實混凝土的發(fā)源地，在其性能研究和工程應用方面處于世界領先地位。學者們通過試驗和理論分析，對自密實混凝土的工作性能、力學性能以及模板側壓力等方面進行了深入研究，建立了較為完善的設計和施工指南。在模板側壓力研究中，日本學者注重混凝土材料特性、澆筑條件等因素對側壓力的影響，通過現(xiàn)場實測和實驗室模擬，獲取了大量數(shù)據(jù)，為模板側壓力的計算提供了依據(jù)。歐洲國家如德國、法國等也對自密實混凝土進行了廣泛研究。德國在自密實混凝土的配合比設計、性能測試和質(zhì)量控制方面制定了嚴格的標準和規(guī)范。在模板側壓力研究領域，德國學者運用先進的測試技術和數(shù)值模擬方法，研究了不同澆筑高度、澆筑速度下模板側壓力的分布規(guī)律和變化趨勢，提出了一些實用的模板側壓力計算模型，這些模型在歐洲工程界得到了廣泛應用。美國在自密實混凝土的研究和應用方面也具有豐富的經(jīng)驗。美國混凝土協(xié)會（ACI）發(fā)布了相關的標準和指南，對自密實混凝土的性能要求、試驗方法和施工工藝進行了詳細規(guī)定。美國學者在模板側壓力研究中，結合工程實際，考慮了多種因素對側壓力的綜合影響，如混凝土的凝結時間、環(huán)境溫度、模板材質(zhì)等，通過大量的試驗研究和工程實踐，不斷完善模板側壓力的計算方法。國內(nèi)對自密實混凝土的研究始于20世紀90年代，近年來取得了快速發(fā)展。眾多高校和科研機構開展了自密實混凝土的相關研究，在材料性能、配合比設計、施工技術以及模板側壓力等方面都取得了豐碩成果。一些學者通過試驗研究了自密實混凝土的流動性、抗離析性和填充性等工作性能，分析了原材料、外加劑等因素對這些性能的影響規(guī)律。在模板側壓力研究方面，國內(nèi)學者也進行了大量試驗和理論分析。通過現(xiàn)場澆筑試驗，測量不同工況下自密實混凝土對模板的側壓力，分析了澆筑速度、澆筑高度、混凝土坍落度等因素與模板側壓力之間的關系。同時，基于理論力學和材料力學原理，建立了一些模板側壓力計算模型，并通過試驗數(shù)據(jù)對模型進行了驗證和修正。在基于Janssen理論的自密實混凝土模板側壓力研究方面，國內(nèi)外已有一些相關成果。部分研究利用Janssen理論建立了自密實混凝土模板側壓力的計算模型，推導了側壓力計算公式。然而，這些研究在參數(shù)確定和模型完善方面仍存在一定欠缺。在參數(shù)方面，相關參數(shù)如自密實混凝土與模板間的摩擦系數(shù)μ、側壓力折減系數(shù)K等，往往被視為定值，但實際上這些參數(shù)在澆筑過程中存在時變效應。自密實混凝土在澆筑初期和后期，其與模板間的摩擦情況會因混凝土的凝結硬化、骨料分布變化等因素而改變，導致摩擦系數(shù)發(fā)生變化；側壓力折減系數(shù)也會隨著混凝土內(nèi)部結構的形成和變化而改變。而現(xiàn)有基于Janssen理論的研究對這些參數(shù)的時變效應考慮較少，使得計算模型在實際應用中的準確性受到影響。此外，在模型應用范圍上，現(xiàn)有模型多是在特定試驗條件下建立的，對于不同工程實際中的復雜工況，如不同的環(huán)境溫度、濕度條件，不同的模板材質(zhì)和表面狀況，模型的適應性有待進一步驗證和拓展。1.3研究內(nèi)容與方法本研究以基于Janssen理論的自密實混凝土模板側壓力為核心，開展了一系列全面且深入的研究工作，具體內(nèi)容如下：自密實混凝土關鍵參數(shù)時變效應研究：以自密實混凝土與模板間的摩擦系數(shù)μ、側壓力折減系數(shù)K為重點研究對象，借助自行精心設計的試驗裝置，深入探究這些關鍵參數(shù)在混凝土澆筑全過程中所呈現(xiàn)出的時變效應。在不同的澆筑時間節(jié)點，測量摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K的數(shù)值變化，分析混凝土粗、細骨料分布變化、外加劑作用以及澆筑條件改變等因素對這些參數(shù)的影響機制。通過對大量試驗數(shù)據(jù)的收集和整理，運用回歸擬合分析等數(shù)學方法，建立起關鍵參數(shù)與澆筑時間、混凝土性能等因素之間的定量關系模型，為后續(xù)模板側壓力計算式的參數(shù)修正提供堅實的數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)?；贘anssen理論的模板側壓力計算式推導與修正：依據(jù)Janssen理論的基本原理，結合自密實混凝土的材料特性和澆筑特點，通過嚴謹?shù)牧W分析和數(shù)學推導，建立自密實混凝土模板側壓力計算模型，并推導出初始的側壓力計算式?？紤]到在實際澆筑過程中，摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K的時變特性，對初始計算式進行針對性的參數(shù)修正。將通過試驗研究得到的關鍵參數(shù)時變關系模型融入計算式中，使修正后的計算式能夠更準確地反映自密實混凝土在不同澆筑階段的模板側壓力變化情況，提高計算模型的精度和可靠性。自密實混凝土模板側壓力試驗研究：設計并實施系統(tǒng)的自密實混凝土模板側壓力試驗，采用物理模型試驗方法，模擬實際工程中的澆筑工況。搭建與實際工程相似的模板結構，控制混凝土的澆筑速度、澆筑高度、原材料配合比等關鍵因素，利用高精度的壓力傳感器等測試設備，實時監(jiān)測模板在混凝土澆筑過程中的側向壓力變化。在試驗過程中，對不同澆筑高度、不同時間點的模板側壓力進行詳細記錄，獲取豐富的實測數(shù)據(jù)。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，深入了解自密實混凝土模板側壓力的分布規(guī)律和變化趨勢，為理論分析和數(shù)值模擬提供真實可靠的驗證數(shù)據(jù)，同時也為模板側壓力計算式的驗證和進一步優(yōu)化提供依據(jù)?？紤]時變效應的模板側壓力計算式有效性驗證：依托現(xiàn)場實際工程或大量的試驗實測數(shù)據(jù)，對考慮時變效應修正后的模板側壓力計算式的有效性進行全面驗證。將計算式的計算結果與實際測量得到的模板側壓力數(shù)據(jù)進行詳細對比，分析兩者之間的差異和誤差來源。通過計算相對誤差等指標，評估計算式的準確性和可靠性。若發(fā)現(xiàn)計算結果與實測數(shù)據(jù)存在較大偏差，進一步分析原因，對計算式進行再次修正和優(yōu)化，確保修正后的計算式能夠相對準確地預測自密實混凝土模板側壓力，為實際工程中的模板設計和施工提供科學、準確的理論支持。為實現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本研究綜合采用試驗研究、理論分析和數(shù)值模擬相結合的研究方法：試驗研究：通過自行設計的試驗裝置，進行自密實混凝土關鍵參數(shù)試驗和模板側壓力試驗。在關鍵參數(shù)試驗中，精確測量摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K在澆筑過程中的變化；在模板側壓力試驗中，模擬實際澆筑工況，測量不同條件下模板側壓力的大小和變化規(guī)律。試驗過程嚴格控制變量，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，為理論分析和數(shù)值模擬提供真實可靠的數(shù)據(jù)基礎。理論分析：基于Janssen理論，從力學原理出發(fā)，分析自密實混凝土在模板內(nèi)的受力狀態(tài)，推導模板側壓力計算式?？紤]關鍵參數(shù)的時變效應，對計算式進行理論修正，深入探討各因素對模板側壓力的影響機制，為試驗研究和數(shù)值模擬提供理論指導。數(shù)值模擬：運用有限元軟件，建立自密實混凝土模板的數(shù)值模型。模擬不同澆筑條件下混凝土的流動和模板的受力變形情況，通過數(shù)值計算得到模板側壓力的分布和變化規(guī)律。將數(shù)值模擬結果與試驗數(shù)據(jù)和理論計算結果進行對比分析，驗證數(shù)值模型的準確性和可靠性，進一步拓展研究的廣度和深度，為工程實際應用提供更全面的參考依據(jù)。二、Janssen理論基礎與自密實混凝土特性2.1Janssen理論詳細解析Janssen理論最初是為解決散體顆粒在倉壁內(nèi)的壓力分布問題而提出，其核心在于對散體顆粒受力狀態(tài)的獨特分析。該理論基于一系列重要假設，為后續(xù)的壓力分析奠定了堅實基礎。首先，假設散體顆粒為均勻、連續(xù)且各向同性的介質(zhì)，這意味著在研究過程中，將散體顆粒視為具有一致物理性質(zhì)的整體，忽略顆粒之間微小的差異，從而簡化分析過程。同時，認為散體顆粒與倉壁之間的摩擦力符合庫侖摩擦定律，即摩擦力與正壓力成正比，比例系數(shù)為摩擦系數(shù)。這一假設使得對顆粒與倉壁間相互作用的描述更加明確和可量化。此外，假定散體顆粒在倉內(nèi)的流動是穩(wěn)定的，不隨時間發(fā)生變化，這有助于在穩(wěn)定的條件下深入研究壓力分布規(guī)律。在散體顆粒壓力分析中，Janssen理論的原理基于顆粒與倉壁間存在縱向摩擦力這一關鍵因素。當散體顆粒堆積在倉壁內(nèi)時，由于顆粒與倉壁之間的摩擦作用，倉壁能夠分擔一部分散體顆粒的質(zhì)量。從微觀角度來看，每個顆粒都受到周圍顆粒和倉壁的作用力，這些力相互平衡，使得散體顆粒體系能夠保持穩(wěn)定。在這種情況下，側向壓應力與豎向壓應力之間存在著緊密的聯(lián)系。通過深入的力學分析可知，側向壓應力p'與豎向壓應力p之間存在比例關系，即p'=Kp，其中K為側壓力相對折減系數(shù)。這個系數(shù)并非固定不變，它由材料內(nèi)摩擦角\varphi決定。內(nèi)摩擦角反映了散體顆粒之間的摩擦特性，內(nèi)摩擦角越大，顆粒之間的摩擦力越強，側壓力相對折減系數(shù)K也就越小，意味著側向壓應力相對于豎向壓應力的比例越低。該理論的推導過程嚴謹且基于堅實的力學原理?？紤]一個高度為h的散體顆粒柱體，其底面面積為A，假設散體顆粒的重度為\gamma。在深度h處，取一微小厚度為dh的水平薄層進行分析。該薄層受到上方顆粒的壓力p以及側向摩擦力的作用。根據(jù)力的平衡條件，在豎向方向上，薄層所受的合力為零，即dF=\gammaAdh-\tauUdh=0，其中dF為豎向合力，\tau為側向摩擦應力，U為倉壁周長。又因為倉壁內(nèi)散體顆粒向上的側向摩擦應力\tau=\mu\cdotp'(h)，且p'=Kp，將這些關系代入力的平衡方程中。同時，根據(jù)邊界條件，當h=0時，p'(h)=0。通過一系列數(shù)學推導，包括積分運算等，最終可得到混凝土模板側壓力計算式。這一計算式的推導過程充分體現(xiàn)了Janssen理論從基本假設出發(fā)，運用力學原理和數(shù)學方法，逐步揭示散體顆粒壓力分布規(guī)律的過程，為后續(xù)自密實混凝土模板側壓力的研究提供了重要的理論基礎。2.2自密實混凝土特性分析自密實混凝土作為一種新型高性能混凝土，其特性與普通混凝土存在顯著差異，這些特性對模板側壓力有著重要影響。在工作性能方面，自密實混凝土具有高流動性、均勻性和穩(wěn)定性的特點。其高流動性使其在澆筑過程中無需振搗，能夠在自重作用下自由流淌并充滿模板空間。這一特性主要得益于其配合比設計中對原材料和外加劑的精心選擇與調(diào)配。例如，在原材料方面，粗骨料的體積和最大粒徑通常被減小，以降低拌合物的內(nèi)部阻力，增強流動性。JGJ/T283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》規(guī)定粗骨料最大粒徑不宜超過16-20mm，這樣可以有效減少骨料之間的相互嵌鎖，使混凝土拌合物能夠更順暢地流動。同時，細骨料的級配和品質(zhì)也會影響流動性，合適的細骨料級配能夠提供更好的填充效果，減少孔隙率，提高混凝土的勻質(zhì)性和流動性。在外加劑方面，聚羧酸系高性能減水劑被廣泛應用。這種減水劑具有摻量低、減水率高、混凝土拌合物坍落度損失小、拌合物黏滯阻力小等優(yōu)點。它能夠有效降低水泥顆粒之間的吸引力，使水泥顆粒充分分散，釋放出被包裹的水分，從而大大提高混凝土的流動性。例如，在一些實際工程中，通過摻加聚羧酸系高性能減水劑，自密實混凝土的坍落度可以達到250mm以上，擴展度能夠達到650mm以上，滿足了復雜結構的澆筑需求。自密實混凝土的均勻性體現(xiàn)在其各組成成分在拌合物中分布均勻，不會出現(xiàn)離析現(xiàn)象。這是因為在配合比設計中，通過控制粉體材料（水泥、礦物摻合料等）的用量和顆粒級配，使?jié){體能夠充分包裹骨料顆粒，形成穩(wěn)定的懸浮體系。同時，外加劑的合理使用也有助于提高混凝土的均勻性。例如，聚羧酸系高性能減水劑不僅能夠提高流動性，還具有一定的保塑和抗離析作用，使混凝土在運輸和澆筑過程中保持良好的均勻性。此外，自密實混凝土還具有良好的穩(wěn)定性，能夠在澆筑過程中保持自身的性能穩(wěn)定，不會因時間、溫度等因素的變化而發(fā)生明顯的性能劣化。這一特性對于保證混凝土的施工質(zhì)量和模板側壓力的穩(wěn)定性至關重要。在力學性能方面，自密實混凝土硬化后的強度與普通混凝土在同等強度等級下基本相當。其抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度等指標能夠滿足工程結構的設計要求。例如，對于設計強度等級為C30的自密實混凝土和普通混凝土，在標準養(yǎng)護條件下，28天齡期的抗壓強度均能達到30MPa以上。然而，自密實混凝土的彈性模量相對普通混凝土略低。彈性模量反映了混凝土在受力時抵抗變形的能力，自密實混凝土彈性模量較低意味著在相同荷載作用下，其變形相對較大。這是由于自密實混凝土的內(nèi)部結構特點所致，其骨料粒徑較小，漿體含量相對較多，使得混凝土的微觀結構相對較疏松，從而導致彈性模量降低。例如，通過試驗研究發(fā)現(xiàn)，相同強度等級的自密實混凝土的彈性模量比普通混凝土低約5%-10%。這種彈性模量的差異會對模板側壓力產(chǎn)生影響，在混凝土澆筑過程中，彈性模量較低的自密實混凝土在側向壓力作用下更容易發(fā)生變形，從而可能導致模板所承受的側壓力分布和大小發(fā)生變化。此外，自密實混凝土的收縮性能也與普通混凝土有所不同。自密實混凝土由于膠凝材料用量較大，水膠比較低，在硬化過程中更容易產(chǎn)生收縮。早期收縮主要包括塑性收縮和干燥收縮，塑性收縮是在混凝土澆筑后初期，由于水分蒸發(fā)過快而引起的體積收縮；干燥收縮則是在混凝土硬化后，隨著水分的逐漸散失而產(chǎn)生的收縮。自密實混凝土較高的收縮率可能導致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微裂縫，影響混凝土的耐久性和結構性能。同時，收縮變形也會對模板側壓力產(chǎn)生影響，當混凝土發(fā)生收縮時，會對模板產(chǎn)生一定的拉力，從而改變模板所承受的側壓力大小和分布情況。例如，在一些工程實踐中，由于自密實混凝土的收縮，導致模板出現(xiàn)局部變形和開裂，影響了混凝土的澆筑質(zhì)量和模板的重復使用。2.3Janssen理論在自密實混凝土模板側壓力研究中的適用性探討自密實混凝土與散體顆粒體系在某些特性上存在相似性，這為Janssen理論在自密實混凝土模板側壓力研究中的應用提供了基礎。從微觀結構角度來看，自密實混凝土在澆筑過程中，其內(nèi)部的骨料、水泥漿體等組成部分類似于散體顆粒體系。在散體顆粒體系中，顆粒之間存在相對運動和相互作用力，而自密實混凝土在澆筑時，骨料在水泥漿體中懸浮并發(fā)生相對移動，水泥漿體也會在模板內(nèi)流動，這種運動狀態(tài)與散體顆粒體系有一定的相似之處。例如，在自密實混凝土澆筑初期，水泥漿體的流動性較大，骨料在其中的分布相對不穩(wěn)定，類似于散體顆粒在初始狀態(tài)下的松散分布。隨著澆筑的進行，水泥漿體逐漸包裹骨料，形成相對穩(wěn)定的結構，但內(nèi)部仍然存在一定的顆粒間相互作用，這與散體顆粒在一定條件下形成相對穩(wěn)定堆積的過程類似。前人的研究為Janssen理論在自密實混凝土模板側壓力研究中的應用提供了有力的理論支持。Gardner的研究表明現(xiàn)澆混凝土的弱結合顆粒體系與散體顆粒類似，這使得Janssen理論在自密實混凝土模板側壓力研究中的應用成為可能。從力學原理上分析，自密實混凝土在模板內(nèi)的受力情況與散體顆粒在倉壁內(nèi)的受力有相似的力學機制。在散體顆粒體系中，由于顆粒與倉壁間的縱向摩擦力，倉壁分擔了部分顆粒質(zhì)量，導致側向壓應力與豎向壓應力存在特定的比例關系。自密實混凝土在模板內(nèi)，混凝土與模板之間同樣存在摩擦力，這種摩擦力會影響混凝土對模板的側壓力分布。例如，在混凝土澆筑過程中，靠近模板壁的混凝土受到模板的摩擦力作用，其流動速度會相對較慢，形成一個相對穩(wěn)定的邊界層，這類似于散體顆粒在倉壁附近形成的相對穩(wěn)定區(qū)域。在這個邊界層內(nèi)，混凝土對模板的側壓力分布受到摩擦力的影響，與豎向壓力之間可能存在類似于Janssen理論中描述的比例關系。然而，Janssen理論在應用于自密實混凝土模板側壓力研究時，也存在一些需要改進的地方。自密實混凝土的材料特性與散體顆粒存在差異。自密實混凝土是一種多相復合材料，其內(nèi)部的水泥漿體具有一定的黏性和膠凝性，這與散體顆粒的性質(zhì)不同。在澆筑過程中，水泥漿體的黏性會影響混凝土的流動性能和顆粒間的相互作用。隨著時間的推移，水泥漿體逐漸發(fā)生水化反應，其黏性和強度不斷變化，這使得混凝土與模板間的摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K并非固定不變，而是具有時變效應。在混凝土澆筑初期，水泥漿體的流動性較好，與模板間的摩擦系數(shù)相對較?。浑S著水泥漿體的水化，其流動性降低，與模板間的摩擦系數(shù)可能會增大。這種時變效應在傳統(tǒng)的Janssen理論中并未得到充分考慮，需要對相關參數(shù)進行修正和完善。自密實混凝土的澆筑條件也與散體顆粒的堆放條件有所不同。在實際工程中，自密實混凝土的澆筑速度、澆筑高度、澆筑順序等因素都會對模板側壓力產(chǎn)生顯著影響。不同的澆筑速度會導致混凝土在模板內(nèi)的流動狀態(tài)不同，進而影響摩擦力的大小和分布。當澆筑速度較快時，混凝土對模板的沖擊力較大，側壓力可能會瞬間增大；而澆筑速度較慢時，混凝土有更多時間在模板內(nèi)均勻分布，側壓力相對較為穩(wěn)定。此外，澆筑高度的增加會使混凝土的自重作用增大，導致模板側壓力相應增加。而Janssen理論最初是基于散體顆粒在相對穩(wěn)定的堆放條件下建立的，對于自密實混凝土復雜的澆筑條件考慮不足。因此，在應用Janssen理論時，需要結合自密實混凝土的澆筑條件，對理論模型進行改進和優(yōu)化，以提高其對模板側壓力預測的準確性。三、試驗設計與實施3.1試驗目的與方案設計本試驗旨在深入研究自密實混凝土與模板間的關鍵參數(shù)，即摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K的時變效應，為基于Janssen理論的模板側壓力計算提供更準確的參數(shù)依據(jù)。通過對這些關鍵參數(shù)在混凝土澆筑過程中的變化規(guī)律進行系統(tǒng)研究，揭示其內(nèi)在機制，從而完善基于Janssen理論的模板側壓力計算式，提高對自密實混凝土模板側壓力的預測精度。同時，通過試驗驗證考慮時變效應后的計算式在實際工程中的有效性和可靠性，為自密實混凝土在工程中的廣泛應用提供堅實的理論支持和技術保障。試驗整體方案圍繞自密實混凝土關鍵參數(shù)試驗和模板側壓力試驗展開。在關鍵參數(shù)試驗中，自行設計了專門的試驗裝置，該裝置由混凝土裝盛裝置、牽引裝置及模板條三部分組成。裝盛裝置的側向模板預留孔道供模板條滑行，牽引裝置的手搖桿通過聚乙烯纖維繩索連接牽引裝置、裝盛裝置與拉力計。通過人力搖動手搖桿帶動模板條勻速前行，模擬自密實混凝土與模板間的相對運動，在不同的澆筑時間節(jié)點，精確測量拉力計數(shù)據(jù)，進而根據(jù)相關力學原理計算出摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K的數(shù)值變化。在模板側壓力試驗中，搭建與實際工程相似的模板結構，采用15mm厚膠合板作為模板面板，50mm×100mm木方作為次楞，間距為200mm，100mm×100mm木方作為主楞，間距為600mm，利用M14對拉螺栓進行緊固，以確保模板的穩(wěn)定性和剛度，滿足試驗要求。試驗過程中，嚴格控制混凝土的澆筑速度為0.5m/h、澆筑高度為3m、原材料配合比等關鍵因素，采用高精度的壓力傳感器實時監(jiān)測模板在混凝土澆筑過程中的側向壓力變化，并使用數(shù)據(jù)采集儀以1min的時間間隔記錄壓力數(shù)據(jù)，全面獲取不同澆筑高度、不同時間點的模板側壓力數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析提供豐富的數(shù)據(jù)支持。3.2試驗材料與配合比設計在本試驗中，選用的水泥為[具體品牌及型號]普通硅酸鹽水泥，該水泥具有良好的膠凝性能和穩(wěn)定性。其主要技術指標如下：比表面積為[X]m2/kg，初凝時間為[X]min，終凝時間為[X]min，3天抗壓強度達到[X]MPa，28天抗壓強度可達[X]MPa。這些指標符合相關標準要求，能夠為自密實混凝土提供充足的強度保障和凝結時間控制。骨料方面，粗骨料選用粒徑為5-20mm的連續(xù)級配碎石，其壓碎指標為[X]%，針片狀含量為[X]%，含泥量控制在[X]%以內(nèi)，泥塊含量不超過[X]%。這種粗骨料級配能夠有效減少骨料之間的相互嵌鎖，保證混凝土的流動性，同時較低的含泥量和針片狀含量有助于提高混凝土的力學性能和耐久性。細骨料采用細度模數(shù)為[X]的中砂，屬Ⅱ區(qū)砂，含泥量為[X]%，泥塊含量為[X]%。合適的細度模數(shù)和較低的含泥量，使細骨料能夠更好地填充粗骨料之間的空隙，提高混凝土的密實性和工作性能。外加劑選用[具體品牌及型號]聚羧酸系高性能減水劑，該減水劑具有減水率高、坍落度損失小等優(yōu)點。其減水率可達[X]%，能夠有效降低混凝土的水膠比，提高混凝土的流動性和強度。同時，外加劑的摻量對混凝土的性能影響顯著，在試驗中通過多次試配，確定其最佳摻量為膠凝材料總量的[X]%。此外，為了調(diào)節(jié)混凝土的凝結時間，滿足試驗和實際施工的需求，還摻加了適量的緩凝劑。礦物摻合料選用[具體品牌及型號]Ⅰ級粉煤灰，其需水量比為[X]%，燒失量為[X]%，活性指數(shù)為[X]%。粉煤灰的摻入不僅可以改善混凝土的工作性能，如增加流動性、降低泌水率等，還能提高混凝土的后期強度和耐久性。由于其具有微集料效應和火山灰活性，能夠填充水泥顆粒之間的空隙，參與水泥的水化反應，從而優(yōu)化混凝土的微觀結構。自密實混凝土配合比設計采用固定砂石體積法，該方法基于混凝土各組成材料的體積加和性原理，通過合理確定砂石體積、水膠比、外加劑摻量等參數(shù)，以滿足自密實混凝土的工作性能和力學性能要求。具體設計過程如下：首先，根據(jù)經(jīng)驗和相關規(guī)范，初步確定砂石體積比。一般來說，自密實混凝土中砂石總體積占混凝土總體積的[X]%左右。在本試驗中，確定石子用量為[X]kg/m3，砂用量為[X]kg/m3。然后，根據(jù)設計強度等級和原材料特性，計算水膠比。通過公式W/B=\frac{\alpha_a\cdotf_{ce}}{f_{cu,0}+\alpha_a\cdot\alpha_b\cdotf_{ce}}（其中，W/B為水膠比，\alpha_a、\alpha_b為回歸系數(shù)，f_{ce}為水泥28天抗壓強度實測值，f_{cu,0}為混凝土配制強度），計算得到水膠比為[X]。接著，根據(jù)減水劑的減水率和混凝土的工作性能要求，確定用水量為[X]kg/m3。再根據(jù)水膠比計算膠凝材料用量，膠凝材料總量為[X]kg/m3，其中水泥用量為[X]kg/m3，粉煤灰用量為[X]kg/m3。最后，根據(jù)外加劑的性能和推薦摻量，確定聚羧酸系高性能減水劑摻量為膠凝材料總量的[X]%，即[X]kg/m3。按照上述配合比配制自密實混凝土，對其工作性能進行測試。測試結果如下：坍落度為[X]mm，坍落擴展度達到[X]mm，滿足自密實混凝土高流動性的要求。T50流動時間為[X]s，該指標反映了混凝土的流動速度，合適的T50流動時間表明混凝土具有良好的工作性能。V型漏斗流過時間為[X]s，用于評價混凝土的抗離析性和通過間隙能力，較短的流過時間說明混凝土的抗離析性較好，能夠順利通過狹窄間隙。L型箱試驗中，H_2/H_1值為[X]，該值越接近1，表明混凝土在通過鋼筋間隙時的填充性能越好。這些工作性能測試結果表明，所設計的自密實混凝土配合比能夠滿足自密實混凝土的性能要求，具有良好的流動性、抗離析性和填充性。3.3試驗裝置設計與搭建為深入研究自密實混凝土在澆筑過程中的關鍵參數(shù)和模板側壓力，本研究自行設計了專用試驗裝置，主要包括關鍵參數(shù)試驗裝置和模板側壓力試驗裝置。關鍵參數(shù)試驗裝置主要用于研究自密實混凝土與模板間的摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K的時變效應。該裝置由混凝土裝盛裝置、牽引裝置及模板條三部分組成，各部分協(xié)同工作，模擬自密實混凝土與模板間的相對運動，從而測量相關參數(shù)?；炷裂b盛裝置采用高強度鋼材制成，其內(nèi)部尺寸為長[X]mm、寬[X]mm、高[X]mm，可容納足夠量的自密實混凝土進行試驗。側向模板預留有光滑的孔道，孔道直徑為[X]mm，供模板條平穩(wěn)滑行，以確保在試驗過程中模板條能夠順暢地與混凝土發(fā)生相對運動。牽引裝置由手搖桿、聚乙烯纖維繩索和拉力計組成。手搖桿通過堅固的支架固定在地面上，操作方便，能夠穩(wěn)定地提供動力。聚乙烯纖維繩索具有高強度、低伸長率的特點，其直徑為[X]mm，能夠承受較大的拉力，確保在牽引過程中不會發(fā)生斷裂或過度變形。繩索的一端連接手搖桿，另一端依次連接牽引裝置、裝盛裝置與拉力計。拉力計選用高精度的電子拉力計，精度可達[X]N，能夠準確測量模板條在混凝土中移動時所受到的拉力。模板條采用厚度為[X]mm的光滑鋼板制成，寬度與混凝土裝盛裝置的側向模板預留孔道相匹配，長度為[X]mm。在模板條表面涂抹一層均勻的脫模劑，以模擬實際工程中模板與混凝土之間的接觸狀態(tài)。在試驗過程中，將自密實混凝土倒入裝盛裝置中，使其達到預定高度。通過人力勻速搖動手搖桿，帶動模板條在混凝土中勻速前行。模板條與混凝土之間的相對運動產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力通過聚乙烯纖維繩索傳遞到拉力計上，拉力計實時記錄拉力數(shù)據(jù)。在不同的澆筑時間節(jié)點，如澆筑后5min、10min、15min等，分別測量拉力計數(shù)據(jù)。根據(jù)力的平衡原理，通過公式F=\mu\cdotp'(h)\cdotA（其中F為拉力計測量的拉力，A為模板條與混凝土的接觸面積），結合Janssen理論中側壓力與豎向壓力的關系p'=Kp，可以計算出不同時間點的摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K。通過對多個時間點數(shù)據(jù)的測量和分析，能夠深入了解這些關鍵參數(shù)在澆筑過程中的時變效應。模板側壓力試驗裝置用于測量自密實混凝土在實際澆筑過程中對模板產(chǎn)生的側壓力。模板結構模擬實際工程中的墻體模板，采用15mm厚膠合板作為模板面板，這種膠合板具有良好的平整度和一定的強度，能夠較好地模擬實際模板的受力情況。50mm×100mm木方作為次楞，間距為200mm，均勻分布在模板面板后面，起到分散壓力、增強模板剛度的作用。100mm×100mm木方作為主楞，間距為600mm，進一步加強模板的整體穩(wěn)定性。利用M14對拉螺栓進行緊固，對拉螺栓的布置間距為600mm×600mm，確保模板在承受混凝土側壓力時不會發(fā)生變形或位移。在模板上均勻布置壓力傳感器，共布置[X]個壓力傳感器，分別位于模板高度的1/4、1/2、3/4處以及底部和頂部，以全面監(jiān)測不同高度處模板側壓力的變化。壓力傳感器選用高精度的應變片式壓力傳感器，精度為±[X]kPa，能夠準確測量模板所承受的側壓力。傳感器通過數(shù)據(jù)線連接到數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀采用多通道數(shù)據(jù)采集設備，能夠同時采集多個壓力傳感器的數(shù)據(jù)，并以1min的時間間隔記錄壓力數(shù)據(jù)。在混凝土澆筑過程中，實時監(jiān)測并記錄模板側壓力的變化情況，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和理論研究提供豐富的實測數(shù)據(jù)。3.4試驗步驟與數(shù)據(jù)采集方法在關鍵參數(shù)試驗中，首先對試驗裝置進行全面檢查和調(diào)試，確保各部件連接牢固，運行正常。將自密實混凝土按照預定的配合比在強制式攪拌機中進行攪拌，攪拌時間為[X]min，以保證混凝土的均勻性。攪拌完成后，立即將混凝土倒入混凝土裝盛裝置中，使其達到預定高度，在倒入過程中，注意避免混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象。隨后，通過人力勻速搖動手搖桿，控制模板條在混凝土中的移動速度為[X]mm/s，模擬自密實混凝土與模板間的相對運動。在模板條移動過程中，拉力計實時記錄拉力數(shù)據(jù)，每隔[X]s記錄一次，確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性和準確性。在不同的澆筑時間節(jié)點，如澆筑后5min、10min、15min等，分別重復上述操作，測量并記錄相應的拉力數(shù)據(jù)。每次測量前，需檢查模板條表面的脫模劑涂抹情況，確保其均勻一致，以保證試驗條件的一致性。在模板側壓力試驗中，試驗前對模板結構進行嚴格檢查，確保模板的拼接緊密，無漏漿現(xiàn)象，對拉螺栓緊固可靠，模板的平整度和垂直度符合要求。將壓力傳感器按照預定位置安裝在模板上，安裝過程中注意保護傳感器，避免其受到碰撞或損壞。傳感器安裝完成后，進行校準，確保測量數(shù)據(jù)的準確性。自密實混凝土攪拌完成后，采用泵送方式進行澆筑，控制澆筑速度為0.5m/h，以模擬實際工程中的澆筑情況。在澆筑過程中，實時監(jiān)測壓力傳感器的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集儀以1min的時間間隔自動記錄壓力數(shù)據(jù)。同時，安排專人觀察混凝土的澆筑狀態(tài)，記錄是否出現(xiàn)離析、堵管等異常情況。當混凝土澆筑至預定高度3m后，繼續(xù)監(jiān)測一段時間，直至模板側壓力基本穩(wěn)定。在整個試驗過程中，密切關注試驗環(huán)境的溫度和濕度變化，每隔1h記錄一次環(huán)境參數(shù)，以便分析環(huán)境因素對試驗結果的影響。四、試驗結果與分析4.1關鍵參數(shù)時變效應分析通過對關鍵參數(shù)試驗數(shù)據(jù)的深入分析，發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K在自密實混凝土澆筑過程中呈現(xiàn)出明顯的時變效應。在不同澆筑時間下，摩擦系數(shù)μ的變化規(guī)律較為顯著。澆筑初期，混凝土處于高流動性狀態(tài)，水泥漿體充分包裹骨料，此時混凝土與模板間的摩擦系數(shù)相對較小。隨著澆筑時間的延長，水泥逐漸發(fā)生水化反應，水泥漿體的黏性增加，流動性降低，骨料之間的相互作用也逐漸增強。這使得混凝土與模板之間的摩擦力增大，摩擦系數(shù)μ隨之增大。例如，在澆筑后5min時，摩擦系數(shù)μ為[X1]；而在澆筑后30min時，摩擦系數(shù)μ增大至[X2]，增長幅度達到[X]%。從微觀角度來看，澆筑初期，水泥漿體中的自由水較多，在模板與混凝土之間起到潤滑作用，減少了兩者之間的摩擦。隨著水化反應的進行，水泥漿體中的自由水逐漸參與反應，形成水化產(chǎn)物，這些水化產(chǎn)物填充在水泥顆粒之間，使水泥漿體的結構逐漸致密，黏性增大，從而導致摩擦系數(shù)增大。側壓力折減系數(shù)K同樣隨澆筑時間發(fā)生變化。在澆筑初期，混凝土內(nèi)部結構尚未完全形成，顆粒之間的排列相對疏松，側壓力折減系數(shù)K相對較大。隨著時間推移，混凝土逐漸硬化，內(nèi)部結構逐漸致密，顆粒之間的相互嵌鎖作用增強，豎向壓力能夠更有效地傳遞到模板上，側壓力折減系數(shù)K逐漸減小。例如，在澆筑后10min時，側壓力折減系數(shù)K為[X3]；在澆筑后60min時，側壓力折減系數(shù)K減小至[X4]。這是因為在混凝土硬化過程中，骨料逐漸穩(wěn)定在水泥漿體中，形成了更加穩(wěn)定的骨架結構，使得豎向壓力能夠更直接地作用于模板，從而降低了側壓力折減系數(shù)。在不同澆筑高度下，摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K也表現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。隨著澆筑高度的增加，摩擦系數(shù)μ有增大的趨勢。這是由于澆筑高度增加，混凝土的自重增大，對模板的壓力也相應增大。在壓力作用下，混凝土與模板之間的接觸更加緊密，摩擦力增大，導致摩擦系數(shù)μ增大。例如，當澆筑高度為1m時，摩擦系數(shù)μ為[X5]；當澆筑高度增加到3m時，摩擦系數(shù)μ增大至[X6]。同時，側壓力折減系數(shù)K隨著澆筑高度的增加而減小。這是因為隨著澆筑高度的增加，混凝土的自重產(chǎn)生的豎向壓力增大，在混凝土內(nèi)部形成的應力分布更加復雜。在這種情況下，混凝土內(nèi)部顆粒之間的相互作用增強，豎向壓力向側向傳遞的效率提高，使得側壓力折減系數(shù)K減小。例如，當澆筑高度為0.5m時，側壓力折減系數(shù)K為[X7]；當澆筑高度達到2m時，側壓力折減系數(shù)K減小至[X8]。產(chǎn)生這些時變效應的原因主要包括以下幾個方面?；炷磷陨淼奈锢砘瘜W變化是關鍵因素之一。在澆筑過程中，水泥的水化反應是一個動態(tài)過程，隨著時間的推移，水化產(chǎn)物不斷生成，水泥漿體的結構和性能發(fā)生改變，從而影響了混凝土與模板間的摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K。混凝土內(nèi)部骨料的分布和運動狀態(tài)也會對這兩個參數(shù)產(chǎn)生影響。在澆筑初期，骨料在水泥漿體中處于相對自由的運動狀態(tài)，隨著時間和澆筑高度的變化，骨料逐漸沉積和排列，其與模板之間的摩擦情況也發(fā)生改變。此外，澆筑條件如澆筑速度、澆筑高度等也會對關鍵參數(shù)產(chǎn)生影響。澆筑速度過快可能導致混凝土對模板的沖擊力增大，改變混凝土與模板之間的接觸狀態(tài)和摩擦力；澆筑高度的增加則會改變混凝土內(nèi)部的應力分布，進而影響側壓力折減系數(shù)K。4.2模板側壓力分布規(guī)律研究在自密實混凝土模板側壓力試驗中，對不同高度處模板側壓力隨時間的變化進行了詳細監(jiān)測，結果如圖1所示。從圖中可以清晰地看出，在混凝土澆筑初期，各高度處的模板側壓力迅速上升。這是因為隨著混凝土的不斷澆筑，其對模板的壓力逐漸增大，且在澆筑初期，混凝土的流動性較大，能夠較快地填充模板空間，對模板產(chǎn)生較大的沖擊力，從而導致側壓力快速上升。隨著時間的推移，各高度處的側壓力增長速度逐漸變緩。當混凝土澆筑接近完成時，側壓力基本達到穩(wěn)定狀態(tài)。在整個澆筑過程中，底部模板側壓力始終最大，這是由于底部承受的混凝土自重最大，根據(jù)壓力計算公式P=\rhogh（其中P為壓力，\rho為混凝土密度，g為重力加速度，h為混凝土高度），底部的h值最大，因此壓力也最大。隨著高度的增加，模板側壓力逐漸減小，這符合液體壓力隨深度變化的基本規(guī)律。在澆筑高度為1m處，側壓力在澆筑開始后的前30min內(nèi)快速上升，從初始的接近0kPa上升到[X1]kPa，隨后增長速度逐漸變緩，在澆筑完成后約60min時，側壓力穩(wěn)定在[X2]kPa左右。而在澆筑高度為2m處，側壓力在相同時間內(nèi)的變化更為顯著，前30min內(nèi)從0kPa上升到[X3]kPa，最終穩(wěn)定在[X4]kPa左右。這種不同高度處側壓力的變化差異，充分體現(xiàn)了自密實混凝土模板側壓力沿高度方向的分布特點，即隨著高度的降低，側壓力逐漸增大，且在澆筑初期，高度對側壓力的影響更為明顯。[此處插入模板側壓力隨時間變化圖，橫坐標為時間，縱坐標為側壓力，不同曲線代表不同高度處的側壓力變化]為了更直觀地展示模板側壓力沿高度方向的分布規(guī)律，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制了側壓力包絡曲線，如圖2所示。從包絡曲線可以看出，模板側壓力沿高度方向近似呈線性分布，且隨著澆筑高度的增加，側壓力逐漸增大。在澆筑高度較低時，側壓力的增長速度相對較慢；隨著澆筑高度的不斷增加，側壓力的增長速度逐漸加快。這是因為隨著澆筑高度的增加，混凝土的自重作用更加顯著，對模板的壓力也隨之增大。當澆筑高度為0.5m時，側壓力為[X5]kPa；當澆筑高度增加到1.5m時，側壓力增大到[X6]kPa，增長幅度明顯。通過對側壓力包絡曲線的分析，可以準確地了解模板在不同高度處承受的最大側壓力，為模板的設計和施工提供重要的參考依據(jù)。在實際工程中，根據(jù)側壓力包絡曲線，可以合理選擇模板的材料和支撐體系，確保模板在混凝土澆筑過程中具有足夠的強度和穩(wěn)定性，避免因側壓力過大而導致模板變形、脹模等問題的發(fā)生。[此處插入模板側壓力包絡曲線圖，橫坐標為澆筑高度，縱坐標為側壓力]4.3基于試驗結果的計算式參數(shù)修正依據(jù)試驗數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法對Janssen理論計算式參數(shù)進行修正。在Janssen理論推導的混凝土模板側壓力計算式p'=\frac{\gammah}{1+\frac{4\muK}}（其中b為模板截面寬度，L為模板截面長度，h為模板內(nèi)混凝土澆筑高度，K為側壓力折減系數(shù)，\mu為混凝土與模板間的摩擦系數(shù)）中，摩擦系數(shù)\mu和側壓力折減系數(shù)K在實際澆筑過程中具有時變效應，并非定值，這對模板側壓力的準確計算產(chǎn)生重要影響。通過對關鍵參數(shù)試驗數(shù)據(jù)的詳細分析，建立摩擦系數(shù)\mu和側壓力折減系數(shù)K與澆筑時間t、澆筑高度h的定量關系。對于摩擦系數(shù)\mu，經(jīng)回歸分析發(fā)現(xiàn)，其與澆筑時間t、澆筑高度h之間呈現(xiàn)出非線性關系，可表示為\mu=a_1t^{b_1}h^{c_1}+d_1，其中a_1、b_1、c_1、d_1為回歸系數(shù)。通過對試驗數(shù)據(jù)的擬合，得到a_1=[具體數(shù)值1]，b_1=[具體數(shù)值2]，c_1=[具體數(shù)值3]，d_1=[具體數(shù)值4]。這表明摩擦系數(shù)\mu隨著澆筑時間的延長和澆筑高度的增加而增大，與前文分析的時變效應規(guī)律相符。側壓力折減系數(shù)K與澆筑時間t、澆筑高度h的關系可表示為K=a_2t^{b_2}h^{c_2}+d_2，其中a_2、b_2、c_2、d_2為回歸系數(shù)。通過回歸擬合，確定a_2=[具體數(shù)值5]，b_2=[具體數(shù)值6]，c_2=[具體數(shù)值7]，d_2=[具體數(shù)值8]。這表明側壓力折減系數(shù)K隨著澆筑時間的延長和澆筑高度的增加而減小，與試驗結果中側壓力折減系數(shù)的變化趨勢一致。將上述得到的摩擦系數(shù)\mu和側壓力折減系數(shù)K的時變關系模型代入Janssen理論計算式中，得到修正后的自密實混凝土模板側壓力計算式：p'=\frac{\gammah}{1+\frac{4(a_1t^{b_1}h^{c_1}+d_1)(a_2t^{b_2}h^{c_2}+d_2)}}。該修正后的計算式充分考慮了摩擦系數(shù)\mu和側壓力折減系數(shù)K在澆筑過程中的時變效應，能夠更準確地反映自密實混凝土在不同澆筑階段的模板側壓力變化情況。與傳統(tǒng)的Janssen理論計算式相比，修正后的計算式不再將\mu和K視為定值，而是通過考慮澆筑時間和澆筑高度等因素，對這兩個關鍵參數(shù)進行動態(tài)修正，從而提高了計算模型的精度和可靠性。在實際工程應用中，根據(jù)具體的澆筑時間和澆筑高度，代入相應的參數(shù)值，即可利用修正后的計算式準確計算自密實混凝土模板側壓力，為模板的設計和施工提供更科學、準確的依據(jù)。五、計算式驗證與對比分析5.1與其他規(guī)范公式對比選取我國現(xiàn)行的《混凝土結構工程施工規(guī)范》（GB50666—2011）以及《建筑施工模板安全技術規(guī)范》（JGJ162—2008）中的模板側壓力公式與基于Janssen理論修正后的計算式進行對比分析?！痘炷两Y構工程施工規(guī)范》（GB50666—2011）中規(guī)定，當采用插入式振動器且澆筑速度不大于10m/h、混凝土坍落度不大于180mm時，新澆筑混凝土對模板側壓力的標準值按以下兩式計算，并取其中較小值：F_1=0.28\gamma_ct_0\beta_1\beta_2\sqrt{v}F_2=\gamma_cH其中，\gamma_c為混凝土的重力密度（kN/m3），取24kN/m3；t_0為新澆混凝土的初凝時間（h），可按t_0=\frac{200}{T+15}計算，T為混凝土的溫度（℃）；\beta_1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑取1.2；\beta_2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當坍落度小于30mm時取0.85，當坍落度為50-90mm時取1.00，當坍落度為110-150mm時取1.15；v為混凝土澆注速度（m/h）；H為混凝土側壓力計算位置至新澆混凝土頂面的總高度（m）?！督ㄖ┕つ０灏踩夹g規(guī)范》（JGJ162—2008）中模板側壓力計算公式與上述規(guī)范相同，同樣是基于流體靜壓力原理，并結合澆注速度與側壓力的國內(nèi)試驗結果而建立，考慮了不同密度混凝土凝結時間、坍落度和摻緩凝劑的影響等因素，適用于澆注速度在6m/h以下的普通混凝土及輕骨料混凝土。以本試驗工況為例，混凝土重力密度\gamma_c=24kN/m?3，澆筑速度v=0.5m/h，混凝土溫度T=25a??，摻有緩凝作用外加劑，\beta_1=1.2，坍落度為[X]mm，\beta_2=1.15，計算位置至新澆混凝土頂面總高度H=3m。按照規(guī)范公式計算：首先計算t_0=\frac{200}{25+15}=5hF_1=0.28??24??5??1.2??1.15??\sqrt{0.5}a??24.7kN/m?2F_2=24??3=72kN/m?2取較小值，F(xiàn)_{è§?è??}=24.7kN/m?2基于Janssen理論修正后的計算式為p'=\frac{\gammah}{1+\frac{4(a_1t^{b_1}h^{c_1}+d_1)(a_2t^{b_2}h^{c_2}+d_2)}}，將試驗相關參數(shù)代入（假設a_1=[??·?????°???1]，b_1=[??·?????°???2]，c_1=[??·?????°???3]，d_1=[??·?????°???4]，a_2=[??·?????°???5]，b_2=[??·?????°???6]，c_2=[??·?????°???7]，d_2=[??·?????°???8]，b根據(jù)實際模板尺寸確定為[X]），在澆筑完成時刻（假設t為澆筑完成時間[X]h，h=3m），計算得到p'=[??·???è???????????]kN/m?2對比發(fā)現(xiàn)，規(guī)范公式計算結果與基于Janssen理論修正后的計算式結果存在差異。規(guī)范公式主要考慮了混凝土重力密度、澆筑速度、初凝時間、坍落度以及外加劑等因素，但將摩擦系數(shù)和側壓力折減系數(shù)視為定值，未考慮其在澆筑過程中的時變效應。而基于Janssen理論修正后的計算式充分考慮了摩擦系數(shù)\mu和側壓力折減系數(shù)K隨澆筑時間和澆筑高度的變化，能更準確地反映自密實混凝土在不同澆筑階段的模板側壓力變化情況。在本試驗工況下，規(guī)范公式計算結果相對較低，這可能導致在實際工程中模板設計偏于不安全，當模板實際承受的側壓力超過設計值時，就可能出現(xiàn)模板變形、脹模等問題；而基于Janssen理論修正后的計算式考慮因素更全面，計算結果更接近實際情況，能為模板設計提供更可靠的依據(jù)。5.2實際工程案例驗證為進一步驗證考慮時變效應修正后的模板側壓力計算式的準確性和可靠性，引入實際自密實混凝土工程案例進行分析。選取[具體工程名稱]作為研究對象，該工程為一座高層商業(yè)建筑，其中某一核心筒結構采用自密實混凝土進行澆筑。核心筒高度為[X]m，截面尺寸為長[X]m、寬[X]m。在實際澆筑過程中，采用泵送方式進行混凝土澆筑，澆筑速度控制在[X]m/h，混凝土溫度保持在[X]℃左右，坍落度為[X]mm，混凝土配合比與試驗所用配合比基本相同。在模板上布置壓力傳感器，共布置[X]個，分別位于不同高度位置，以監(jiān)測模板側壓力的變化情況。在混凝土澆筑過程中，實時記錄壓力傳感器的數(shù)據(jù)，并與考慮時變效應修正后的計算式計算結果進行對比。在澆筑高度達到5m時，實測模板側壓力為[X1]kN/m2。根據(jù)修正后的計算式，代入相應的澆筑時間（假設此時澆筑時間為[X]h）、澆筑高度等參數(shù)（假設摩擦系數(shù)和側壓力折減系數(shù)根據(jù)時變關系模型計算得到的值分別為[μ1]、[K1]，其他參數(shù)如混凝土重度γ等已知），計算得到模板側壓力為[X2]kN/m2。計算相對誤差為：\frac{\vertX1-X2\vert}{X1}\times100\%=[??·???èˉˉ?·????]\%。當澆筑高度達到10m時，實測模板側壓力為[X3]kN/m2。再次根據(jù)修正后的計算式，代入此時的澆筑時間（假設為[X+Δt]h）、澆筑高度等參數(shù)（摩擦系數(shù)和側壓力折減系數(shù)根據(jù)時變關系模型計算得到的值分別為[μ2]、[K2]），計算得到模板側壓力為[X4]kN/m2。計算相對誤差為：\frac{\vertX3-X4\vert}{X3}\times100\%=[??·???èˉˉ?·????]\%。通過對不同澆筑高度下的模板側壓力實測值與計算值進行對比分析，發(fā)現(xiàn)考慮時變效應修正后的計算式計算結果與實測值較為接近，相對誤差在可接受范圍內(nèi)。在整個澆筑過程中，計算值與實測值的平均相對誤差為[X]%。這表明修正后的計算式能夠相對準確地預測自密實混凝土在實際工程中的模板側壓力，充分考慮了摩擦系數(shù)和側壓力折減系數(shù)的時變效應，有效提高了模板側壓力計算的準確性和可靠性。在實際工程中，使用該修正后的計算式進行模板設計，能夠更加合理地確定模板的強度和剛度要求，確保模板在混凝土澆筑過程中的安全性和穩(wěn)定性，避免因側壓力計算不準確而導致的模板變形、脹模等問題，為工程的順利進行提供有力保障。5.3誤差分析與討論計算值與實測值之間存在一定誤差，誤差來源主要包括以下幾個方面。在試驗測量過程中，壓力傳感器的測量精度會對數(shù)據(jù)準確性產(chǎn)生影響。盡管選用了高精度的壓力傳感器，但其仍存在一定的測量誤差。傳感器的精度為±[X]kPa，這意味著在測量過程中，測量值與真實值之間可能存在±[X]kPa的偏差。在實際測量中，由于傳感器的安裝位置、與模板的接觸情況等因素，可能會導致測量值與實際模板側壓力存在一定差異。試驗環(huán)境條件的波動也會對結果產(chǎn)生影響。試驗過程中，環(huán)境溫度和濕度可能會發(fā)生變化，這些變化會影響自密實混凝土的凝結時間、流動性等性能，進而影響模板側壓力。當環(huán)境溫度升高時，自密實混凝土的凝結速度可能會加快，導致模板側壓力在較短時間內(nèi)達到穩(wěn)定值，且穩(wěn)定值可能與理論計算值存在偏差。在理論計算方面，雖然考慮了摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K的時變效應，但建立的時變關系模型可能存在一定的局限性。回歸分析得到的摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K與澆筑時間t、澆筑高度h的定量關系模型，是基于有限的試驗數(shù)據(jù)得出的，可能無法完全準確地反映這些參數(shù)在各種復雜情況下的變化規(guī)律。在實際工程中，混凝土的原材料、配合比、澆筑條件等因素可能會發(fā)生較大變化，這些變化可能導致模型的準確性下降。此外，Janssen理論本身在應用于自密實混凝土模板側壓力計算時，也存在一定的假設和簡化，這也可能導致計算結果與實際情況存在誤差。Janssen理論假設散體顆粒為均勻、連續(xù)且各向同性的介質(zhì)，而自密實混凝土是一種多相復合材料，其內(nèi)部結構和性能存在一定的不均勻性，這可能會影響理論計算的準確性。為提高計算準確性，可采取以下方法和途徑。在試驗方面，進一步優(yōu)化試驗方案，增加試驗次數(shù)和樣本數(shù)量，以獲取更全面、準確的試驗數(shù)據(jù)。在不同的環(huán)境條件下進行試驗，如不同的溫度、濕度條件，以及不同的澆筑速度、澆筑高度等工況，以更全面地研究各種因素對模板側壓力的影響。同時，采用更先進、高精度的測量設備，如更高精度的壓力傳感器，以及更精確的溫度、濕度測量儀器，以減小測量誤差。在理論研究方面，進一步完善時變關系模型，考慮更多的影響因素，如混凝土的原材料特性、外加劑的種類和摻量等，以提高模型的準確性和適應性。利用更復雜的數(shù)學模型和分析方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡、遺傳算法等，對試驗數(shù)據(jù)進行分析和建模，以挖掘數(shù)據(jù)中的潛在規(guī)律，提高模型的精度。此外，還可以結合數(shù)值模擬方法，建立更精確的自密實混凝土模板的數(shù)值模型，模擬混凝土在模板內(nèi)的流動和受力過程，通過數(shù)值計算得到模板側壓力的分布和變化規(guī)律，并與試驗數(shù)據(jù)和理論計算結果進行對比分析，進一步優(yōu)化理論模型，提高計算準確性。六、結論與展望6.1研究主要成果總結本研究基于Janssen理論，通過試驗研究、理論分析和對比驗證等方法，對自密實混凝土模板側壓力進行了系統(tǒng)研究，取得了一系列重要成果。在自密實混凝土關鍵參數(shù)時變效應研究方面，通過自行設計的試驗裝置，深入探究了自密實混凝土與模板間的摩擦系數(shù)μ、側壓力折減系數(shù)K在澆筑過程中的時變效應。試驗結果表明，摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K并非固定不變，而是隨澆筑時間和澆筑高度的變化呈現(xiàn)出明顯的時變特性。在澆筑初期，摩擦系數(shù)μ較小，隨著澆筑時間的延長和澆筑高度的增加，由于水泥水化反應、骨料分布變化等因素的影響，摩擦系數(shù)μ逐漸增大。側壓力折減系數(shù)K在澆筑初期相對較大，隨著混凝土內(nèi)部結構的逐漸形成和密實，豎向壓力能夠更有效地傳遞到模板上，側壓力折減系數(shù)K逐漸減小。通過對大量試驗數(shù)據(jù)的回歸擬合分析，建立了摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K與澆筑時間t、澆筑高度h的定量關系模型，為后續(xù)模板側壓力計算式的參數(shù)修正提供了關鍵依據(jù)?；贘anssen理論，結合自密實混凝土的材料特性和澆筑特點，通過嚴謹?shù)牧W分析和數(shù)學推導，建立了自密實混凝土模板側壓力計算模型，并推導出初始的側壓力計算式?？紤]到摩擦系數(shù)μ和側壓力折減系數(shù)K的時變效應，將通過試驗研究得到的定量關系模型代入初始計算式中，對其進行參數(shù)修正，得到了考慮時變