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基于有限元方法的铝合金模板受力分析

孙思为

【摘要】基于ANSYS平台,采用三种方法建立某型号单块墙模板的有限元模型,模

拟了混凝土浇筑时铝合金模板的应力情况,并对有限元分析结果与简化计算结果进

行了检验,得出有限元计算可对规范中设计方法进行校核的结论.

【期刊名称】《山西建筑》

【年(卷),期】2014(040)014

【总页数】3页(P61-63)

【关键词】铝合金模板;有限元分析;挠度

【作者】孙思为

【作者单位】广州市地下铁道总公司,广东广州510030

【正文语种】中文

【中图分类】TU755.2

建筑工程所采用的混凝土浇筑方式大体相同，但在模板的使用方面存在一定差异。

很多施工技术水平相对落后的地区和建筑单位，木模板的应用十分广泛。随着技术

水平的不断进步，竹制模板，塑料模板先后得到了一定程度的应用，但由于其资源

消耗量大，重复利用率低的弊端而逐渐被抛弃[1]。钢制模板大大减少了对木材等

资源的消耗，并在一定程度上加快了施工速度，但钢制模板自重大，对垂直运输体

系依赖大，操作不方便，易锈蚀等缺点影响了其推广[2]。铝合金模板系统是一种

新型的模板系统，自1962年在美国诞生以来，已经有50多年的历史[3]，它的出

现，解决了传统模板的各种弊端，因其自重轻、装配周转方便、结构成型效果好，

在美国、加拿大等国已经成功推广10年，在我国香港、澳门等地区也得到了广泛

应用。

建筑模板的设计一般采用相关的力学理论进行简化计算，这种计算方法可以方便的

对单模板进行设计，但由于铝合金模板的质量较轻，其体系的整体受力性能应当成

为更受关心的问题，因此需要对其进行整体的有限元建模分析。

有限元法是一种对结构静、动态力学性能等问题求解的数值解法，常采用计算机软

件来求解。ANSYS是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有

限元分析软件。可广泛用于土木工程、航天航空、机械制造、轻工能源等一般工程

分析和科学研究中[4]。

本文基于ANSYS平台，使用三种方法建立某型号单块墙模板的有限元模型，模拟

混凝土浇筑时铝合金模板的应力情况，并检验有限元分析结果与理论计算的吻合程

度。

某模板工程标准层层高2.8m，墙厚200mm。混凝土墙体模板采用铝合金模板

组拼，背楞采用钢背楞，M16穿墙螺丝，墙体高度2.8m。混凝土墙体模板长度

2775mm，宽400mm。

新浇混凝土侧压力计算公式为下式中的较小值[5]：

由式(1)和式(2)得：

采用新浇混凝土侧压力标准值F1=31.63kN/m2。倾倒混凝土时产生的荷载标准

值F2=4.0kN/m2。

因此，荷载组合为：

其他计算参数为：弹性模量70000N/mm2，铝合金密度2700kg/m3，泊松比

取0.330，铝板厚度4.00mm。侧压力分布图见图2。

铝板为四周支撑的双向板，最大计算尺寸为400mm×300mm。双向板挠度计算

公式：

按四边固定板计算[6]：

由l01/l02=300/400=0.75查表得f=0.00197。

d=0.00197×=0.00197×=1.61mm400/250=1.6m，挠度验算合格。

本文对计算的铝合金墙模板使用通用有限元软件ANSYS建立三种有限元模型[7]，

第一种为实体单元，采用Solid186单元；第二种和第三种均为梁壳单元，边框和

背楞采用Beam188单元，铝合金模板采用Shell63单元，第三种考虑梁偏置，三

种有限元模型的边界条件均为沿边框的三向铰支约束和沿底边的竖向约束。模拟结

果见图3～图5。

从图3～图5的变形图可知铝合金墙模板变形分别为1.43mm，1.84mm及

1.76mm，采用梁偏置方法的有限元建模与计算结果较为吻合。

1)在采用实体单元的有限元模型时，需采用具有中间节点的实体单元，如本计算中

所用到的Solid186单元，若采用Solid185单元会造成较大的计算误差；

2)在采用梁壳单元的有限元模型时，最好采用梁偏置方法建模，该方法通过不断的

转换工作平面确定梁截面的形状及位置，尽管相对于一般的通过关键点—线—面

建立的梁壳单元模型该方法工作量较大