王潔

摘要：承插型盤扣式腳手架由于其良好的力學(xué)性能、耐久性和觀感，近年來在工程中應(yīng)用越來越廣泛。開展抗扭剛度試驗(yàn)，分析插銷楔緊度與盤扣架體節(jié)點(diǎn)抗扭剛度的關(guān)系，并給出了合理化建議。通過數(shù)值模擬手段，分析不同參數(shù)對(duì)架體承載力的影響。研究結(jié)果表明：盤扣節(jié)點(diǎn)扭矩與轉(zhuǎn)角位移成正相關(guān)關(guān)系，在不同的楔緊度工況下盤扣節(jié)點(diǎn)剛度存在峰值。相比于Ф48型盤扣構(gòu)件，Ф60型盤扣構(gòu)件抗扭剛度更高，但延性相對(duì)較低。Ф48型盤扣構(gòu)件插銷下沉量宜取約2.7cm，Ф60型盤扣構(gòu)件插銷下沉量宜取約1.8cm。數(shù)值分析結(jié)果表明，水平桿步距對(duì)架體承載力影響更為顯著，在實(shí)際工程中，應(yīng)著重考慮支撐架體承載力受水平桿步距的影響。

關(guān)鍵詞：承插型盤扣式腳手架；抗扭剛度試驗(yàn)；數(shù)值模擬；承載力

0? ?引言

承插型盤扣式腳手架由于其良好的力學(xué)性能、耐久性和觀感，近年來在工程中應(yīng)用越來越廣泛，許多研究人員對(duì)其力學(xué)特點(diǎn)和施工工藝進(jìn)行了一系列研究[1-2]。劉京紅等[3]開展了一系列盤扣架足尺試驗(yàn)，對(duì)比分析了三種斜桿布置方式的力學(xué)差異。李金明[4]依托青島地鐵四號(hào)線海泊橋車站項(xiàng)目，介紹了盤扣架的主要施工步序和施工工藝。楊和鐘和周士杰[5]提出了一種新的盤扣架體復(fù)合支撐體系，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益進(jìn)行了分析。趙虎等[6]將盤扣架技術(shù)應(yīng)用于超高及不規(guī)則建筑中，并詳細(xì)論述了其施工要點(diǎn)。

在前人研究的基礎(chǔ)上，本文開展了一系列抗扭剛度試驗(yàn)，分析了插銷楔緊度對(duì)盤扣架體節(jié)點(diǎn)抗扭剛度的關(guān)聯(lián)。通過數(shù)值模擬手段，研究了不同參數(shù)對(duì)架體承載力的影響，并對(duì)相關(guān)施工要點(diǎn)進(jìn)行了探討。本文的研究成果可為承插型盤扣式腳手架的設(shè)計(jì)與施工提供一定的指導(dǎo)、借鑒意義。

1? ?試驗(yàn)概況

1.1? ?選取試驗(yàn)構(gòu)件

本文依托重慶市傳感器特色產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目，開展抗扭剛度試驗(yàn)，探究盤扣架節(jié)點(diǎn)抗扭剛度受插銷楔緊程度的影響。盤扣節(jié)點(diǎn)抗扭試驗(yàn)如圖1所示。選用Ф48型和Ф60型兩種盤扣構(gòu)件，試驗(yàn)試件主要為施工現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取的盤扣架水平桿、帶水平圓盤的立桿和插銷。

試驗(yàn)構(gòu)件規(guī)格和材質(zhì)如表1所示。其中立桿與水平桿規(guī)格由直徑×壁厚表示，插銷規(guī)格由厚度表示，連接圓盤規(guī)格由直徑×厚度表示，單位均為mm。通過位移計(jì)對(duì)立桿、水平桿的控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定，從而對(duì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角位移大小計(jì)算。

1.2? ?實(shí)驗(yàn)過程

試驗(yàn)開始前，通過液壓機(jī)加持鉗將立桿兩端進(jìn)行固定，將兩端邊界條件視為剛接。施加集中荷載于水平桿遠(yuǎn)離立桿一側(cè)端部，采用逐級(jí)加載方式進(jìn)行試驗(yàn)加載，每級(jí)荷載控制在0.1kN，持續(xù)時(shí)間為2min。在進(jìn)行正式加載前，進(jìn)行預(yù)加載，以消除各構(gòu)件間的安裝間隙，并對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)測(cè)點(diǎn)位移超過位移量程10cm或鋼管出現(xiàn)明顯彎曲破壞后，試驗(yàn)結(jié)束，即停止加載并進(jìn)行卸載。

通過插銷楔緊度對(duì)插銷楔緊等級(jí)進(jìn)行表示。Ф48型盤扣節(jié)點(diǎn)構(gòu)件插銷下沉量為0.3cm時(shí)，楔緊度為10%。插銷下沉量為3cm時(shí)，楔緊度為100%。Ф48型盤扣節(jié)點(diǎn)構(gòu)件插銷下沉量為0.2cm時(shí)，楔緊度為10%。插銷下沉量為2cm時(shí)，楔緊度為100%。

2? ?試驗(yàn)結(jié)果分析

不同插銷楔緊度工況下盤扣節(jié)點(diǎn)扭矩隨轉(zhuǎn)角變化曲線如圖2所示，其中圖2a為Ф48型盤扣構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果，圖2b為Ф60型盤扣構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果。

2.1? ?Ф48型盤扣構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果

從圖2a中可以看出，盤扣節(jié)點(diǎn)扭矩隨著轉(zhuǎn)角位移的增加而增大，扭矩大小與轉(zhuǎn)角位移呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。隨著轉(zhuǎn)角位移的增加，盤扣扭矩增加速率逐漸下降，曲線隨轉(zhuǎn)角位移的增加而逐漸平緩。各工況相比，同一轉(zhuǎn)角位移下，節(jié)點(diǎn)扭矩最高的為80%楔緊度工況，峰值扭矩約為1.39kN·m。低于80%楔緊度下，節(jié)點(diǎn)扭矩呈現(xiàn)出隨著楔緊度增加而提高的規(guī)律，100%楔緊度工況與60%楔緊度工況扭矩-轉(zhuǎn)角曲線基本一致。

2.2? ?Ф60型盤扣構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果

從圖2b中可以看出，相比于Ф48型盤扣構(gòu)件，Ф60型盤扣構(gòu)件剛度更高，延性較低，即同一工況下各轉(zhuǎn)角位移對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)扭矩?cái)?shù)值更高。這是由于Ф60型盤扣構(gòu)件截面外徑更大，其回轉(zhuǎn)半徑也大于Ф48型盤扣構(gòu)件，因此其節(jié)點(diǎn)承載力更大。各工況下其與圖2a現(xiàn)象有明顯差異，同一轉(zhuǎn)角位移下，節(jié)點(diǎn)扭矩呈現(xiàn)出隨著插銷楔緊度增加而增大的規(guī)律，100%插銷楔緊度工況下，峰值扭矩達(dá)到了1.61kN·m。但隨著楔緊度的增加，構(gòu)件延性呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。而Ф48型盤扣構(gòu)件延性未有明顯差異。

2.3? ?綜合結(jié)果分析

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以推論出，當(dāng)插銷楔緊度小于90%時(shí)，節(jié)點(diǎn)抗扭剛度與插銷楔緊度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。但隨著楔緊度的進(jìn)一步增加，盤扣節(jié)點(diǎn)抗扭剛度呈現(xiàn)出一定的下降趨勢(shì)，在不同的楔緊度工況下盤扣節(jié)點(diǎn)剛度存在峰值。因此，Ф48型盤扣構(gòu)件插銷下沉量宜取2.7cm，Ф60型盤扣構(gòu)件插銷下沉量宜取1.8cm。

3? ?有限元數(shù)值模擬與分析

3.1? ?模型建立

為進(jìn)一步研究盤扣架體參數(shù)對(duì)承載力的影響，本文通過有限元軟件建立盤扣架體數(shù)值模型，盤扣架體如圖3所示。相關(guān)架體參數(shù)如表2所示。架體高度為2700mm，斜桿采用螺旋布置，立桿間距設(shè)為900mm，掃地桿高度和頂部伸出長(zhǎng)度均為350mm。通過半剛性模型模擬盤扣節(jié)點(diǎn)，立桿與水平桿均采用梁?jiǎn)卧M。

3.2? ?參數(shù)分析

不同水平桿步距與立桿間距工況下承載力計(jì)算結(jié)果如表3所示。從表3中可以看出，盤扣架承載力隨著水平桿步距的增加而下降。水平桿步距為1m和1.5m工況下，提高立桿間距，對(duì)盤扣架體承載力影響不大，立桿間距為900mm和1200mm承載力基本一致，1500mm工況下承載力略微下降。水平桿步距2m工況下，承載力隨著立桿間距的增加而下降。

整體而言，相較于立桿間距，水平桿步距對(duì)架體承載力影響更為顯著。因此在實(shí)際工程中，應(yīng)著重考慮支撐架體承載力受水平桿步距的影響。

4? ?難點(diǎn)部位支撐探討

承插型盤扣式腳手架在為產(chǎn)品安全提供進(jìn)一步保證的同時(shí)，兼具較長(zhǎng)的使用壽命，且應(yīng)用具有良好的觀感，因此在大型市政設(shè)施和超高層建筑等項(xiàng)目中應(yīng)用較為廣泛。然而，由于盤扣連接盤的限制以及模數(shù)要求，其布置尺寸受到了較大限制，在實(shí)際工程應(yīng)用中，存在較多的搭設(shè)難點(diǎn)。本文就部分難點(diǎn)部位提出一些搭設(shè)建議，以供參考。

4.1? ?樓梯位置

在樓梯位置處，樓梯底部的掃地桿和頂部的托撐宜采用扣件式鋼管拉結(jié)，與相鄰架體連接，以確保架體的整體穩(wěn)定性。

4.2? ?梁底模板支撐

由于盤扣架立桿的材質(zhì)性能較高，因此可設(shè)置托梁于梁下進(jìn)行回頂，無(wú)需額外單獨(dú)設(shè)置立桿亦可保證承載力滿足要求，有利于節(jié)省架體材料。

4.3? ?后澆帶

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，禁止提前拆除后澆帶區(qū)域支模架，因此在進(jìn)行架體搭設(shè)時(shí)，宜與周邊分開搭設(shè)。與周邊架體的連接可采用扣件鋼管作為水平桿，同時(shí)在底部鋪設(shè)槽鋼，以防止立桿懸空。

4.4? ?斜坡基礎(chǔ)面

為確保架體穩(wěn)定性，建議采用扣件式鋼管對(duì)底部掃地桿進(jìn)行拉結(jié)，同時(shí)與上層架體相連接。

4.5? ?邊梁位置

加長(zhǎng)梁底主楞槽鋼，采用斜桿支撐梁側(cè)模，并通過扣件式鋼管架回頂槽鋼底部，同時(shí)將扣件鋼管架連接立桿。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

為研究承插型盤扣式腳手架力學(xué)特性，本文依托重慶市傳感器特色產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目，進(jìn)行抗扭剛度試驗(yàn)，研究插銷楔緊度對(duì)盤扣架體節(jié)點(diǎn)抗扭剛度的影響。通過有限元軟件建立數(shù)值分析模型，分析水平桿步距和立桿間距對(duì)架體承載力的影響。最后對(duì)相關(guān)施工要點(diǎn)進(jìn)行了探討。得出主要結(jié)論如下：

盤扣節(jié)點(diǎn)扭矩隨著轉(zhuǎn)角位移的增加而增大，扭矩大小與轉(zhuǎn)角位移呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。隨著轉(zhuǎn)角位移的增加，盤扣扭矩增加速率逐漸下降，曲線隨轉(zhuǎn)角位移的增加而逐漸平緩。

相比于Ф48型盤扣構(gòu)件，Ф60型盤扣構(gòu)件剛度更高，即同一工況下，各轉(zhuǎn)角位移對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)扭矩?cái)?shù)值更高，但延性較低。

當(dāng)插銷楔緊度小于90%時(shí)，節(jié)點(diǎn)抗扭剛度與插銷楔緊度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，隨著楔緊度的進(jìn)一步增加，盤扣節(jié)點(diǎn)抗扭剛度呈現(xiàn)出一定的下降趨勢(shì)。Ф48型盤扣構(gòu)件插銷下沉量宜取2.7cm，Ф60型盤扣構(gòu)件插銷下沉量宜取1.8cm。

相較于立桿間距，水平桿步距對(duì)架體承載力影響更為顯著。因此在實(shí)際工程中，應(yīng)著重考慮支撐架體承載力受水平桿步距的影響。

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