扣件式鋼管支模架扣件抗扭性能的研究

何 昊

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330000)

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扣件式鋼管支模架扣件抗扭性能的研究

何 昊

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330000)

簡(jiǎn)述了扣件式鋼管支模架的研究現(xiàn)狀，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，提出了扣件抗扭性能的試驗(yàn)研究方法，并對(duì)其試驗(yàn)過程進(jìn)行了說明，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計(jì)算及有限元模擬提供了依據(jù)。

扣件式支模架，抗扭性能，剛度，荷載

扣件式支模架由于其靈活性、通用性和經(jīng)濟(jì)性，被廣泛應(yīng)用于我國的建筑行業(yè)。然而多發(fā)的建筑災(zāi)害在嚴(yán)重的危害到工人們的生命安全、造成惡劣社會(huì)影響的同時(shí)，讓越來越多的人關(guān)注到扣件式支模架的安全使用問題。對(duì)支模架倒塌的事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其主要原因在于對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力程度認(rèn)識(shí)的不全面?？奂街＜艿倪B接點(diǎn)，屬于半剛性節(jié)點(diǎn)，它的力學(xué)性能介于剛性節(jié)點(diǎn)和鉸節(jié)點(diǎn)之間。我國《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]對(duì)半剛性節(jié)點(diǎn)雖然有所提及，但是并未提供具體的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。

1 研究背景

敖鴻斐[2]在對(duì)四組試件測(cè)試的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)簡(jiǎn)化的彎矩和轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系對(duì)彎矩和轉(zhuǎn)角采用了線性表示，即：

M=kθ

(1)

其中，k為腳手架扣件連接的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。

式(1)在確定彎矩和轉(zhuǎn)角之間關(guān)系時(shí)無疑是很方便的，但該式相當(dāng)于將節(jié)點(diǎn)完全視為剛節(jié)點(diǎn)，在應(yīng)用中誤差較大。

袁雪霞[3]認(rèn)為節(jié)點(diǎn)的剛性強(qiáng)弱主要取決于其扣件連接的螺栓擰緊程度，故采用有限元計(jì)算程序，模擬扣件節(jié)點(diǎn)的半剛性，通過擬合得到了包含兩個(gè)參數(shù)彎矩—轉(zhuǎn)角(M—θ)的對(duì)數(shù)函數(shù)模型，即：

M=nln(1+Rkθ/n)

(2)

其中,Rk為初始連接剛度；n為形狀參數(shù)。

張化振[4]所得到的直角扣件的初始扭轉(zhuǎn)剛度線性回歸直線是在取扭矩M與轉(zhuǎn)角θ的試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值的前提下進(jìn)行擬合的，導(dǎo)致結(jié)論不夠精確。故若通過實(shí)驗(yàn)，將大量不同情況的扣件利用試驗(yàn)所測(cè)得的扣件的彎矩—轉(zhuǎn)角(M—θ)關(guān)系利用MATLAB軟件進(jìn)行離散性數(shù)據(jù)分析，分別作出分布圖像，即二者在一定范圍內(nèi)的相互關(guān)系的變化情況，則可以得到每一組數(shù)據(jù)的初始連接剛度和形狀參數(shù)，再統(tǒng)計(jì)出二者的頻數(shù)分布規(guī)律，則可以更好的研究直角扣件的抗扭性能，進(jìn)而為扣件式鋼管支模架穩(wěn)定性和可靠性分析提供依據(jù)。

2 研究方法

為研究扣件的抗扭性能，根據(jù)《鋼管腳手架扣件規(guī)范》[5]相關(guān)規(guī)定，對(duì)扣件扭轉(zhuǎn)剛度性能試驗(yàn)，主要采用有限元計(jì)算程序模擬扣件節(jié)點(diǎn)的半剛性，并得到扭矩M與轉(zhuǎn)角θ的關(guān)系。 應(yīng)用MATLAB程序，對(duì)上述關(guān)系式運(yùn)用二參數(shù)對(duì)數(shù)非線性模型，選用5組不同的扣件螺栓擰緊力矩T，分別為：20 N·m,30 N·m,40 N·m,50 N·m,60 N·m進(jìn)行10組試驗(yàn)，建立M—θ關(guān)系模型，將數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸，確定出n和Rk的值。再統(tǒng)計(jì)出不同擰緊力矩T作用下Rk和n的頻數(shù)分布規(guī)律，并作出Rk的分布頻數(shù)圖。 再由Rk—T關(guān)系，得到直角扣件的初始扭轉(zhuǎn)剛度公式。最后根據(jù)數(shù)據(jù)，可得到扣件的最佳擰緊力矩范圍，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計(jì)算及有限元模擬提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。

3 試驗(yàn)過程

本試驗(yàn)的加載方案如圖1所示。根據(jù)我國現(xiàn)行的《鋼管腳手架扣件規(guī)范》[5]中所提供的扣件扭轉(zhuǎn)剛度性能試驗(yàn)方法，將扣件安裝在兩根互相垂直的型號(hào)為φ48.3×3.6 mm的鋼管上，橫管長2 100 mm，在距中心1 000 mm處的橫管上加荷載P，在無荷載端距中心1 000 mm處測(cè)量橫管位移值f。首先預(yù)加荷20 N，將位移測(cè)量?jī)x表調(diào)整到零點(diǎn)，第一級(jí)加荷80 N，然后以每100 N為一級(jí)加荷，并加載到900 N。在每級(jí)荷載下應(yīng)立即記錄測(cè)讀值f，構(gòu)件的轉(zhuǎn)角θ值可表示為：

θ=arctanf/1 000

(3)

改變不同的擰緊力矩，在20 N·m,30 N·m,40 N·m,50 N·m,60 N·m時(shí)，分別記錄荷載和鋼管右端的位移f。

4 后續(xù)分析

在該試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，由試驗(yàn)結(jié)果分析得知，扣件的彎矩—轉(zhuǎn)角(M—θ)曲線離散型較大，造成該結(jié)果的最重要的因素是扣件本身的質(zhì)量問題，故有必要對(duì)扣件抗扭剛度影響因素進(jìn)行試驗(yàn)，其中不同扣件的質(zhì)量m，扣件的蓋板厚度b與扣件應(yīng)力薄弱處(根據(jù)試驗(yàn)中扣件的破壞和損傷提出)的尺寸h差異較大。將試驗(yàn)所用部分扣件作以比較，認(rèn)為這種扣件本身的差異直接影響了模板支架整體的承載力，因此可以對(duì)這種差異性利用SPSS進(jìn)行相關(guān)度的分析，研究扣件自身性質(zhì)對(duì)其抗扭性能的影響,為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計(jì)算及有限元模擬提供依據(jù)。

由于扣件有一定的使用壽命，故其新舊程度一定會(huì)對(duì)性能造成影響，故在比較其抗扭剛度影響時(shí)，應(yīng)采用新舊程度大致相同的扣件。對(duì)于扣件新舊程度可基于《鋼管腳手架扣件規(guī)范》[5]的相關(guān)規(guī)定判斷扣件各部分的裂紋、螺栓、螺母、墊圈和鉚釘?shù)某叽绲仁欠穹弦?guī)范，蓋板與座的張開距離等因素對(duì)扣件加以區(qū)分。

[1] GB 50013—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 敖鴻斐.雙排扣件式鋼管腳手架的極限穩(wěn)定承載力研究[J].力學(xué)季刊，2004,25(2):213-218.

[3] 袁雪霞，金偉良，魯 征，等.扣件式鋼管支模架穩(wěn)定承載能力研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2006，39(5):43-50.

[4] 張化振.扣件式高大模板支架的節(jié)點(diǎn)半剛性和整體承載力研究[D].西安：西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.

[5] GB 15831—2006，鋼管腳手架扣件規(guī)范[S].

Research on fastener torsional performance of fastener type steel tube form work

He Hao

(ArchitectureandEngineeringCollege,NanchangUniversity,Nanchang330000,China)

This paper briefly described the research status of fastener type steel form work, combining with the relevant regulations requirements, proposed the test research method of fastener torsional performance, and illustrated its test process, provided basis for the calcuation and finite element simulation of fastener type steel pipe form work support system bearing capacity.

fastener type form work, torsional performance, stiffness, load

1009-6825(2016)10-0052-02

2016-01-22

何 昊(1994- )，男，在讀本科生

TU311

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