滿堂扣件式鋼管腳手架不同步距承載力影響分析

何夕平， 齊華偉， 邵傳林

（1.安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥230601；2.中國十七冶集團有限公司，安徽 馬鞍山243001）

0 引 言

伴隨我國高聳、大跨度、特殊結(jié)構(gòu)的不斷呈現(xiàn)，隨之而來的工程事故也不斷發(fā)生，其中由于腳手架倒塌而造成的事故，往往會發(fā)生群死群傷，社會影響極大，由此關(guān)于腳手架的安全問題引起了很多學(xué)者進一步的思考和關(guān)注。

分析近年來腳手架倒塌事故的原因［1］，主要有：施工企業(yè)在實際搭拆腳手架的過程中往往忽視腳手架專項施工方案的執(zhí)行；腳手架沒有通過系統(tǒng)的設(shè)計和驗算，整個架體的穩(wěn)定性較差；施工項目各參建單位工程管理存在缺失等，這其中由于滿堂扣件式鋼管腳手架整體穩(wěn)定性問題引發(fā)的事故最為突出。

水利信息化的合理管理，能夠成為信息共享和信息交換的前提。對于水利信息化管理部門來說，有著十分重大的意義。水利信息化的管理，是水利信息化實現(xiàn)的保障，同時也是水利信息化得以實現(xiàn)的重要保證，水利信息化對資源的共享有非常高的要求，也需要技術(shù)上的完善，需要技術(shù)上的標準，同樣也需要實行相應(yīng)的政策和措施。水利信息化需要有效且符合實際的安全方面的保障，需要有相對健全體制來完成資源的共享，同時也需要建設(shè)上的科學(xué)管理來保證水利信息的有序進行。

在實際施工中扣件式鋼管腳手架因其構(gòu)造簡單，維護方便，使用成本較低，安全性好等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用。但是，腳手架的材料，設(shè)計驗算，現(xiàn)場管理等因素又與現(xiàn)行規(guī)范和專項方案有著較大出入，使得滿堂扣件式鋼管腳手架在具體使用中的整體穩(wěn)定性發(fā)生很大改變。因此本文通過SAP2000有限元軟件創(chuàng)建模型、實驗室試驗等方法來研究當步距發(fā)生變化時對腳手架承載力的影響，以期獲得一些結(jié)論，為滿堂扣件式鋼管腳手架的安全使用提供數(shù)據(jù)支持。

1 滿堂扣件式鋼管腳手架的搭設(shè)與材料屬性

某工程架體搭設(shè)高度9.2m，擬采用滿堂扣件式鋼管腳手架。結(jié)合現(xiàn)場實測考慮鋼管銹蝕因素，腳手架鋼管按Φ48.3×3.0計算，鋼材彈性模量E為2.06×105N／mm2，泊松比μ為0.3，密度為7800kg／m3，Q235鋼抗壓強度設(shè)計值f為205Mpa。本文選取滿堂扣件式鋼管腳手架的整體作為研究對象，立桿間距為1.0m×1.0m，掃地桿離地面高度為0.2m，支架高寬比≤2，扣件螺栓的擰緊扭力矩值取40N·m。剪刀撐的設(shè)置按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130—2011）的有關(guān)規(guī)定［2］：豎向剪刀撐在腳手架的外圍及內(nèi)部縱橫兩個方向，每隔6.0m由底至頂連續(xù)設(shè)置；因為該腳手架安裝架設(shè)的高度在8.0m以上，所以水平剪刀撐應(yīng)分別在腳手架底端、頂端和垂直方向4.7m處各設(shè)置一道。腳手架步距分別取0.900m、1.000m、1.125m、1.285m、1.500m、1.800m 六種情況進行對比分析，其他搭設(shè)條件按照現(xiàn)行規(guī)范。

2 扣件轉(zhuǎn)角剛度K值的試驗確定

根據(jù)試驗所得數(shù)據(jù)，由公式（1）［7］計算扣件的轉(zhuǎn)角θ，并將直角扣件轉(zhuǎn)角剛度試驗數(shù)據(jù)匯總，如表1所示。

（1）工況1：用SAP2000對工況1步距為0.900m的模型進行有限元屈曲分析，得到該工況下的穩(wěn)定承載力Pcr＝51.063kN和一階屈曲模態(tài)下的破壞形式，如圖6、7所示。

本試驗?zāi)康氖谴_定直角扣件的轉(zhuǎn)角剛度K值，為SAP2000建立腳手架模型時提供數(shù)據(jù)?，F(xiàn)將試驗分成三組，每組試驗各選四個直角扣件，取試驗平均值經(jīng)過變換后構(gòu)建 M－θ關(guān)系曲線［3－6］，為了考慮直角扣件螺栓擰緊扭力矩值對腳手架穩(wěn)定承載力的影響，三組試驗螺栓擰緊扭力矩值分別取30N·m、40N·m和50N·m，使用萬能試驗機和液壓千斤頂在距直角扣件中心一端L＝1000mm處的水平鋼管上分級施加荷載P，每級加載0.1KN，另外分別在距扣件中心La＝200mm處的水平鋼管和Lb＝200mm處的豎直鋼管上安裝百分表測量位移值Sa和Sb，試驗裝置如圖1、圖2所示。

由表1數(shù)據(jù)得到不同擰緊扭力矩值下的彎矩—轉(zhuǎn)角曲線，如圖3所示。

為了研究滿堂扣件式鋼管腳手架承載力與步距變化之間的規(guī)律，對不同步距搭設(shè)參數(shù)下的腳手架進行有限元分析。鋼管和扣件材料參數(shù)及初始缺陷的取值按第1節(jié)所述，由直角扣件轉(zhuǎn)角剛度K值試驗的結(jié)論，本文模型中取擰緊扭力矩為40N·m時的轉(zhuǎn)角剛度K＝17.00kN·m／rad進行模擬計算。將工程實例分為6種不同工況進行對比研究，分別是工況1～工況6，搭設(shè)參數(shù)如表2所示，步距變化 0.900m、1.000m、1.125m、1.285m、1.500m、1.800m，步數(shù)變化10步、9步、8步、7步、6步、5步，其他搭設(shè)要求按照現(xiàn)行規(guī)范。

實際搭設(shè)腳手架中發(fā)現(xiàn)鋼管和扣件存在著一定的初始缺陷，如鋼管的彎曲、斷面的切斜偏差及銹蝕，還有搭設(shè)時縱橫桿、立桿之間的不垂直等問題直接影響腳手架的極限承載力。為了考慮上述初始缺陷，在SAP2000中通過在各節(jié)點施加水平虛擬荷載來實現(xiàn)，其大小取極限承載力的1%，本文取1kN作用在腳手架弱向一側(cè)的各節(jié)點上，滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130—2011）中表8.1.8和表8.2.4對搭設(shè)允許偏差的要求。

3 滿堂扣件式鋼管腳手架模型建立過程相關(guān)問題的簡化處理［8－10］

3.1 滿堂扣件式鋼管腳手架受力形式的簡化處理

運用SAP2000進行腳手架穩(wěn)定承載力分析的過程中，可簡化腳手架的所有立桿為軸心受壓，并且能夠均勻傳遞荷載，當整個架體發(fā)生屈曲破壞時的軸向力，即為該腳手架的最大穩(wěn)定承載力。本文模擬在架體頂端每個節(jié)點上施加1KN的集中荷載，用SAP2000有限元軟件算得一階屈曲系數(shù)，此系數(shù)乘以1kN就是該腳手架的穩(wěn)定承載力。

滿堂扣件式鋼管腳手架的立桿是主要承受豎向荷載的桿件；水平桿作為水平方向的支撐桿件，承受結(jié)構(gòu)頂端傳遞下來的部分荷載；豎向剪刀撐是主要的側(cè)向受力構(gòu)件，能很好的增強腳手架的抗側(cè)剛度，抵御水平荷載的作用；水平剪刀撐發(fā)揮著保持腳手架整體穩(wěn)定性的作用。實際使用中滿堂扣件式鋼管腳手架頂端施工荷載通過模板下面的木枋傳給水平桿，再由水平桿傳給立桿，立桿呈現(xiàn)偏心受壓，受力示意如圖4所示。

3.2 滿堂扣件式鋼管腳手架節(jié)點的簡化處理

對滿堂扣件式鋼管腳手架進行模型簡化處理時，應(yīng)該把水平桿和立桿節(jié)點的處理作為重點，處理的方法可以劃分為三種：理想的剛接、理想的鉸接和節(jié)點半剛性連接。由于扣件擰緊是由人工擰扣件螺栓進行的，前兩種簡化與實際搭設(shè)情況并不十分符合，考慮節(jié)點半剛性連接這種情況與實際情況較吻合。節(jié)點半剛性連接在荷載作用下會傳遞部分彎矩，同時又將產(chǎn)生相應(yīng)的一些變形，所以對水平桿和立桿的處理可以通過釋放對應(yīng)水平桿件端部轉(zhuǎn)角剛度來實現(xiàn)，可取上面直角扣件轉(zhuǎn)角剛度試驗的K值。架體的下端可視為與底座進行鉸接，剪刀撐與立桿、水平桿之間的連接也視為鉸接，處理方法為釋放對應(yīng)梁單元的端部轉(zhuǎn)角剛度為零。

?Paul Ganley，“Access to the Individual:Digital Rights Management Systems and the Intersection of Informational and Decisional Privacy Interests”，International Journal of Law and Information Technology，10(3)，2002，pp．241 ～293．

蠕蟲狀鏈模型的均方末端距修正·····························劉引烽 周 潔 (6,938)

3.3 滿堂扣件式鋼管腳手架初始缺陷的簡化處理

式中K為轉(zhuǎn)角剛度，n為加載次數(shù)，△Mi為彎矩值增量，△θi轉(zhuǎn)角值增量。經(jīng)計算，擰緊扭力矩值為30N·m、40N·m和50N·m三種情況下的轉(zhuǎn)角剛度分別為8.27kN·m／rad、17.00kN·m／rad和33.63kN·m／rad，知直角扣件的轉(zhuǎn)角剛度與扣件螺栓擰緊扭力矩有關(guān)，擰緊扭力矩越大，扣件的剛性越強，承載能力越高。

3.4 其他外界因素的簡化處理

忽略地震荷載，風(fēng)荷載和其他水平荷載的影響，按照上述試驗結(jié)果和處理方法建立滿堂扣件式鋼管腳手架的模型，圖5所示為步距等于0.900m時的計算模型。

4 不同步距對滿堂扣件式鋼管腳手架承載力影響分析

4.1 不同工況模型的建立

由圖3知扣件的轉(zhuǎn)角剛度呈現(xiàn)非線性，為減少計算過程中非線性的影響，由公式（2）［7］計算不同擰緊扭力矩值下的轉(zhuǎn)角剛度：

萊姆沃卡傾心于自己的寫作事業(yè)，并不斷發(fā)展自己的潛力，在詩歌、短篇小說等方面頗有建樹。她一直保持并沿襲著自己簡單卻包含細膩情感的文筆，始終希望自己的作品能夠?qū)ι鐣a(chǎn)生積極、深遠的影響。她創(chuàng)建了一個非盈利組織——藝術(shù)治療基金會（the Arts Therapy Foundation），希望通過創(chuàng)造性的藝術(shù)治療方式為人們提供心理和情感支持。她一直深切關(guān)注著有關(guān)女性的問題。多年來，她為全球新聞研究所撰寫文章，論述影響婦女的問題，包括艾滋病、戰(zhàn)爭對婦女的影響以及社會正義的問題。

4.2 對不同工況的腳手架進行有限元分析

正在賣力地刷著盤子的楚墨被嚇了一跳，一邊低聲說“別跟你姐開這種玩笑”，一邊要搶過電話。念蓉退著，躲閃著，盯著楚墨，眼珠瞪得比眼眶還大。

（2）工況2～工況6：同上，對工況2～工況6的模型進行有限元屈曲分析，得到對應(yīng)工況下的穩(wěn)定承載力Pcr，如表2所示；同時得到對應(yīng)工況情況下的一階屈曲模態(tài)破壞形式，如圖8、9所示。

表2 滿堂扣件式鋼管腳手架各工況模型搭設(shè)參數(shù)

各工況相對于工況1的承載力下降幅度如圖10，相對于工況6每增加1步提高的承載力如圖11所示。

對比分析表2數(shù)據(jù)，從施工安全角度考慮，該工程腳手架按照現(xiàn)行規(guī)范布置，由圖10知：隨著架體步距的增大，架體穩(wěn)定承載力發(fā)生顯著變化，工況1的穩(wěn)定承載力達到51.063kN，而工況5穩(wěn)定承載力為39.599kN，下降22.5%，工況6穩(wěn)定承載力為32.739kN，下降35.9%，工況5、6穩(wěn)定承載力下降幅度大在實際施工中不能接受；而工況2、工況3、工況4的穩(wěn)定承載力下降分別為2.25%、3.46%、5.37%，這三種工況下降幅度較小可以在實際工程中使用。從安全角度考慮，工況5、工況6被舍棄，保留工況2、工況3和工況4。

從經(jīng)濟性角度出發(fā)，對比分析表2數(shù)據(jù)，由圖11得出：隨著架體步數(shù)的增大，架體的每步穩(wěn)定承載力提高值發(fā)生非線性變化，工況4（步數(shù)＝7）的n最大為7.79，此時的架體得到了充分利用，經(jīng)濟效益顯著，而其他工況相比之下經(jīng)濟效益欠佳。

綜合以上分析，若從安全性和經(jīng)濟性兩方面考慮，該工程滿堂扣件式鋼管腳手架在工況4（步距為1.285m，步數(shù)為7）時最為合理。

Research on developmental and motional characteristics of Daaoxi unstable rock along

添加耐高溫α-淀粉酶脫胚玉米擠出物經(jīng)過液化糖化后制得糖化液，此糖化液經(jīng)過濾得到的濾餅中含有少量的RS3，此部分淀粉未被水解的影響糖漿的收率。通過本實驗，經(jīng)頻數(shù)選優(yōu)得到較優(yōu)工藝參數(shù)為：擠壓原料淀粉酶添加量0.80L/t，螺桿轉(zhuǎn)速140.0r/min，液化時耐高溫淀粉酶添加酶量0.50L/t，液化時間20.0min，糖化時葡萄糖淀粉酶添加量1.50L/t?？刂茢D壓-糖化系統(tǒng)參數(shù)，使濾餅中的RS3質(zhì)量分數(shù)降低。在此條件下，濾餅中抗性淀粉含量為0.26%。

5 結(jié) 語

（1）從直角扣件轉(zhuǎn)角剛度K值的試驗可以看出，當扣件螺栓擰緊扭力矩值為30N·m、40N·m、50N·m時，得到的直角扣件轉(zhuǎn)角剛度分別 為 8.27kN· m／rad、17.00kN· m／rad 和33.63kN·m／rad，直角扣件的轉(zhuǎn)角剛度與扣件螺栓擰緊扭力矩有關(guān)，擰緊扭力矩越大，扣件的剛性越強，承載能力越高。

（2）本文提出了滿堂扣件式鋼管腳手架模型建立過程中的簡化處理方法，為用SAP2000有限元分析軟件計算工程實例腳手架的整體穩(wěn)定性提供了參考。

（3）對于具體工程，步距多少最為合理，與立桿間距、架體高度、掃地桿離地高度、剪刀撐設(shè)置、扣件螺栓扭力矩、材料屬性等有關(guān)，就本文而言的工程，步距為1.285m最為合理，其分析問題的方法可供類似工程借鑒。

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