獨(dú)立支撐腳手架受壓性能試驗(yàn)

汪鑫祥　黃佳赟　陸巖　郝駿

摘要：獨(dú)立支撐腳手架作為近年來(lái)發(fā)展的新技術(shù)，其特性不同于傳統(tǒng)腳手架支撐技術(shù)，通過(guò)對(duì)四根獨(dú)立支撐腳手架受壓性能試驗(yàn)，探索其受力性能。

關(guān)鍵詞：獨(dú)立支撐；腳手架；特點(diǎn)；受壓性能

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，水平結(jié)構(gòu)模板支撐架技術(shù)得到快速的發(fā)展，先后經(jīng)歷了扣件式支撐架、碗扣式支撐架、門(mén)式支撐架，現(xiàn)在涌現(xiàn)了新型插盤(pán)式腳手架、新型獨(dú)立支撐標(biāo)準(zhǔn)化模板體系等新型模板支撐體系。獨(dú)立支撐標(biāo)準(zhǔn)化模板體系由獨(dú)立支撐、主楞、次楞、連接頭、三角架組成。本文通過(guò)對(duì)四根獨(dú)立支撐腳手架受壓性能試驗(yàn)，探索其受力性能。

1.獨(dú)立支撐腳手架受壓試驗(yàn)

1.1檢測(cè)依據(jù)

當(dāng)前常用的獨(dú)立支撐是由內(nèi)管、外管及銷(xiāo)釘構(gòu)成的，通過(guò)調(diào)節(jié)銷(xiāo)釘位置，滿足各種高度對(duì)獨(dú)立支撐的應(yīng)用要求。在使用中缺少這種（一階變截面可調(diào)高度）獨(dú)立支撐的受壓穩(wěn)定性承載能力數(shù)據(jù)，本文通過(guò)對(duì)獨(dú)立支撐腳手架受壓性能試驗(yàn)，解決工程應(yīng)用問(wèn)題。

一階變截面可調(diào)高度獨(dú)立支撐的受壓穩(wěn)定性承載能力，從實(shí)際使用條件分析，其兩端接觸的是自然平面，沒(méi)有明確的約束條件，與鉸接相比，轉(zhuǎn)動(dòng)約束強(qiáng)一些，平動(dòng)約束差一些，但在小荷載作用條件下，其總體約束比鉸接的強(qiáng)一些，所以采用兩端鉸接的邊界條件予以近似是偏于安全的。通過(guò)試驗(yàn)校核：（1）兩端鉸接時(shí)試驗(yàn)值與計(jì)算值相近；（2）兩端平接時(shí)試驗(yàn)值大于計(jì)算值。

對(duì)于內(nèi)管Φ48×3.0，外管Φ60×3.0，銷(xiāo)孔Φ18，銷(xiāo)釘Φ16的獨(dú)立鋼支撐，理論分析計(jì)算結(jié)果如下：

（1）外管高度1660mm，獨(dú)立鋼支撐總高度3500mm時(shí)，兩端鉸接邊界條件的計(jì)算穩(wěn)定性承載能力P_cr=22.60kN；

（2）外管高度1660m，獨(dú)立鋼支撐總高度2770mm時(shí)，兩端鉸接邊界條件的計(jì)算穩(wěn)定性承載能力P_cr=42.71kN；

1.2試驗(yàn)過(guò)程

采用自行研發(fā)的加載裝置在室外進(jìn)行試件試驗(yàn)。先將端部鋼板調(diào)至指定位置放置試件進(jìn)行上下對(duì)中，然后點(diǎn)焊試件上下端頭，測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。

安裝對(duì)中完成后以3.75kN一級(jí)進(jìn)行預(yù)加載，每級(jí)荷載力大小均為按照理論計(jì)算所得。

（1）試件1：3500mm上端鉸接下端平擱試件

由于銷(xiāo)孔與銷(xiāo)釘之間有2m的空隙以及內(nèi)外管間3mm空隙使得試件1具有初始偏心，當(dāng)加載未到第二級(jí)時(shí)試件內(nèi)外管交接處產(chǎn)生較大的側(cè)移，發(fā)生荷載加不上去而停止試驗(yàn)。

試件1試加載后卸載，試件1無(wú)損壞，但彎曲變形沒(méi)有完全恢復(fù)。改變下部支座形式為平擱，上下對(duì)中后繼續(xù)試驗(yàn)。測(cè)點(diǎn)位置見(jiàn)圖1。安裝對(duì)中完成后以3.75kN一級(jí)進(jìn)行預(yù)加載，加載至第二級(jí)荷載后卸載，卸載后試件1變形未完全恢復(fù)到無(wú)加荷垂直狀態(tài)。進(jìn)行正式加載時(shí)，加載至第五級(jí)時(shí)，即荷載值為18.75kN，試件1內(nèi)外管交接處發(fā)生大變形，試件1破壞。試驗(yàn)結(jié)束后將內(nèi)外管拆除，發(fā)現(xiàn)彎曲起始處發(fā)生在外管頂部，最大彎曲處為內(nèi)管尖端。圖2為試件1的荷載一位移關(guān)系。由圖分析可得，上端鉸接下端平擱在相等荷載作用下整體變形較大，特別是中部?jī)?nèi)外管交接處，上下端鉸接平擱處變形不一致。

（2）試件2：高3500mm上下端均平擱試件

加載同試件1。試驗(yàn)結(jié)束后將內(nèi)外管拆除，發(fā)現(xiàn)彎曲起始處同樣發(fā)生在外管頂部，方向沿銷(xiāo)釘插入垂直方向，最大彎曲處為內(nèi)管下端。圖3為試件2的荷載—位移關(guān)系。由圖分析可得，相比于上端鉸接下端平擱桿件，上下端平擱整體變形較小，且上下變形協(xié)調(diào)一致，但中部?jī)?nèi)外管交接處依然是整體變形中最大最容易破壞的地方。

（3）試件3：高2770mm上下端平擱試件

進(jìn)行正式加載時(shí)，以6kN一級(jí)進(jìn)行加載，加載至第十級(jí)時(shí)，即荷載值為60.0kN，試件3內(nèi)外管交接處發(fā)生大變形，試件破壞，無(wú)法繼續(xù)加載。試驗(yàn)結(jié)束后將內(nèi)外管拆除，發(fā)現(xiàn)彎曲起始處同樣發(fā)生在外管頂部，最大彎曲處為內(nèi)管下端，方向沿銷(xiāo)釘插入方向45。左右。圖4為試件3的荷載一位移關(guān)系。由圖分析可得，相比于3500mm長(zhǎng)桿件，2770m短桿件變形較小，能夠承受更大的荷載，且在50kN以下沒(méi)有明顯的變形。

（4）試件4：高2770mm上下端平擱試件

加載同試件3。破壞形式與第三根近似。圖5為試件4的荷載一位移關(guān)系，由于試驗(yàn)時(shí)，溫度變化大，試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差。

1.3試驗(yàn)結(jié)論

在內(nèi)外管用銷(xiāo)釘連接處，當(dāng)內(nèi)外管不同心或荷載偏心時(shí)，該處容易發(fā)生內(nèi)管繞銷(xiāo)釘轉(zhuǎn)動(dòng)，尤其是在當(dāng)獨(dú)立支撐上下端均為鉸接邊界條件時(shí)，就形成了三個(gè)鉸接在一條直線上的結(jié)構(gòu)可變（機(jī)動(dòng)）體系。如試件1第一次試驗(yàn)發(fā)生的現(xiàn)象，在實(shí)際工程中應(yīng)嚴(yán)加注意。另外，試件1的第二次試驗(yàn)結(jié)果的破壞荷載為18.75kN，也遠(yuǎn)小于試件2的破壞荷載33.75kN，為1/1.8。這是因?yàn)樵嚰?第二次試驗(yàn)的上端鉸接的緣故，這進(jìn)一步說(shuō)明了用銷(xiāo)釘連接內(nèi)外管組成的獨(dú)立支撐使用時(shí)應(yīng)避免其上下端單獨(dú)或同時(shí)出現(xiàn)鉸接現(xiàn)象。

2770mm高度同等條件下兩根試件的試驗(yàn)結(jié)果的破壞荷載均為60.00kN，但由于內(nèi)外管處存在間隙以及失穩(wěn)方向的差別，以致測(cè)得的側(cè)向位移值不相同。

2.總結(jié)

我國(guó)推廣建筑業(yè)“10項(xiàng)新技術(shù)”以來(lái)，一些新型的、先進(jìn)的模板與腳手架產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。近年在建筑領(lǐng)域又出現(xiàn)了鋁合金模板、塑料模板、鋼框膠合板模板配以獨(dú)立支撐實(shí)現(xiàn)早拆模板先進(jìn)技術(shù)。但由于獨(dú)立支撐沒(méi)有規(guī)范或規(guī)程，影響了這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用。本文只針對(duì)部分獨(dú)立支撐腳手架性能測(cè)試提供參考，更多的技術(shù)則需要在實(shí)踐中不斷完善和發(fā)展。