碗扣式支撐架在混凝土澆筑過(guò)程中承載力變化分析

徐州，張偉林，吳志新，楊軍偉

（1.安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230022；2.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

碗扣式支撐架在混凝土澆筑過(guò)程中承載力變化分析

徐州1，張偉林1，吳志新2，楊軍偉1

（1.安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230022；2.安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

由于碗扣式支撐體系在實(shí)際施現(xiàn)場(chǎng)工過(guò)程中的受力狀態(tài)不明確，同時(shí)也沒(méi)有特定的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)此類支架的設(shè)計(jì)和搭設(shè)，為了防止事故發(fā)生，保證該支撐體系在混凝土澆筑過(guò)程中的整體穩(wěn)定性。文章以合肥軌道交通二號(hào)線宿州站車站主體結(jié)構(gòu)地下二層中板以及側(cè)墻的混凝土澆筑過(guò)程中的腳手架部分桿件內(nèi)力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，研究分析了支撐體系的桿件及節(jié)點(diǎn)的受力情況，以此搞清楚支撐體系各部的受力狀況，找到結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，從而說(shuō)明腳手架在施工搭建過(guò)程中注意的問(wèn)題，該研究的結(jié)論能為未來(lái)碗扣式支撐體系的現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)及施工監(jiān)測(cè)提供參考價(jià)值。

碗扣式支撐體系；受力性能；監(jiān)測(cè)；分析

1 引 言

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的建筑形式出現(xiàn)在我們的視線下，與此同時(shí)，許多新技術(shù)以及新施工機(jī)具也得到廣泛采用并取得顯著效益，其中腳手架在實(shí)際工程中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，碗扣式腳手架因構(gòu)造簡(jiǎn)單、搭設(shè)靈活、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)在多樣化建筑結(jié)構(gòu)施工中更是被廣泛應(yīng)用。但由于碗扣式腳手架設(shè)計(jì)理論不足，施工管理以及材料質(zhì)量等很多方面有缺陷，又容易引起結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，導(dǎo)致坍塌事故發(fā)生，從而給工程帶來(lái)難以預(yù)計(jì)的損失。因此，為了保證支撐體系在混凝土澆筑過(guò)程中的整體穩(wěn)定性，我們對(duì)其施工全過(guò)程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。

2 腳手架監(jiān)測(cè)

2.1 工程概況

宿州路站位于合肥市繁華地段長(zhǎng)江中路與宿州路交叉路口，沿長(zhǎng)江中路東西向布置。車站主體結(jié)構(gòu)為地下二層單柱雙跨（部分雙柱三跨）鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，車站建筑面積 10953m2，車站起點(diǎn)里程YSK30+120.885，終點(diǎn)里程 YSK30+402.985。車站總長(zhǎng)282.1m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.7m，端頭井寬24.8m?？v向施工縫留設(shè)在底板加強(qiáng)腋角和中板上300mm位置，中板、頂板與側(cè)墻一次澆注；環(huán)向施工縫留設(shè)在縱梁跨中1/4～1/3范圍內(nèi)，并且避開板、墻開洞部位，設(shè)計(jì)圖紙已充分考慮結(jié)構(gòu)受力，環(huán)向施工縫按設(shè)計(jì)圖紙劃定的施工位置設(shè)置。整個(gè)車站共分為13個(gè)結(jié)構(gòu)段施工，平均每段21.7m。

車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中板厚 400mm，頂板厚800mm；結(jié)構(gòu)側(cè)墻負(fù)一層厚度700mm，局部800m（端頭井），高度6.35m；結(jié)構(gòu)側(cè)墻負(fù)二層厚度700mm，局部800m（端頭井），高度6.16m（端頭井處高7.21m）。頂板、中板、樓梯及梁的模板采用15mm厚的木膠板，碗扣式腳手架作為支撐體系；車站站臺(tái)層與站廳層側(cè)墻施工采用組合鋼模板，碗扣式鋼管腳手架作為支撐體系；車站柱模板采用組合模板，以鋼管支撐作為支撐體系加固。

模板支撐體系采用滿堂式腳手架搭接，中板與底板立桿間距為900mm，600mm（橫縱），水平桿步距1200mm；中板梁與底板立桿間距分別為 600mm，600mm（橫縱），水平桿步距為600mm。橫斷面圖見圖1。

圖1 宿州路橫斷面圖

2.2 監(jiān)測(cè)目的

本次監(jiān)測(cè)的目的是探究碗扣式腳手架在混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑過(guò)程中支架的受力與變形規(guī)律，尋找支撐體系的薄弱環(huán)節(jié)，從而找到相應(yīng)的處理方法，來(lái)保證支架構(gòu)件的應(yīng)力、變形處于安全范圍，確保結(jié)構(gòu)施工安全。

2.3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.3.1 支撐應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)支架應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量多且分散的特點(diǎn)，為采用數(shù)據(jù)方便建立如圖2所示的2個(gè)子系統(tǒng)組成，即傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和傳輸子系統(tǒng)。

圖2 應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.3.2 支架變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

變形監(jiān)測(cè)主要包括水平位移、垂直位移、偏距、傾斜度、撓度、彎曲。變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由全站儀、棱鏡、電腦等，見圖3所示。

圖3 變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.4 測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果和以往高支模監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)（DH1205應(yīng)變計(jì)）布置在立桿上端及根部和部分縱橫水平桿上，應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)見圖4，變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)見圖5。

圖4 應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)

圖5 變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)

2.5 數(shù)據(jù)分析

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每300S采集一組，由于數(shù)據(jù)眾多，每2h抽取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。

①負(fù)二層混凝土澆筑過(guò)程支架受力可分為以下4個(gè)階段，負(fù)二層頂板澆筑過(guò)程（Ⅰ階段）、混凝土初凝和硬化過(guò)程（Ⅱ階段）；負(fù)一層頂板澆筑過(guò)程（Ⅲ階段）、混凝土初凝和硬化過(guò)程（Ⅳ階段）。監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖6～圖10。

圖6 負(fù)二層立桿（梁下）應(yīng)變變化曲線

圖7 負(fù)二層立桿（梁下）應(yīng)變變化曲線

圖8 負(fù)二層水平桿（梁下）應(yīng)變變化曲線

圖9 負(fù)二層水平桿（側(cè)墻）應(yīng)變變化曲線

圖10負(fù)二層水平桿（側(cè)墻）應(yīng)變變化曲線

②負(fù)一層混凝土澆筑過(guò)程支架受力可分為以下2個(gè)階段，負(fù)一層頂板澆筑過(guò)程（Ⅲ階段）、混凝土初凝和硬化過(guò)程（Ⅳ階段）。監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖11～圖15。

圖11負(fù)一層立桿（梁下）應(yīng)變變化曲線

圖12 負(fù)一層立桿（梁下）應(yīng)變變化曲線

圖13 負(fù)一層水平桿（梁下）應(yīng)變變化曲線

圖14 負(fù)一層水平桿（側(cè)墻）應(yīng)變變化曲線

圖15 負(fù)一層水平桿（側(cè)墻）應(yīng)變變化曲線

從曲線圖可以看出支架系統(tǒng)受力的以下特點(diǎn)：

①立桿上端受力要大于下端，水平桿應(yīng)力普遍較小，隨著混凝土的硬化，自身剛度增大，桿件應(yīng)力不斷減小，并趨于穩(wěn)定。我們知道，當(dāng)荷載施加在支撐體系上后，剪刀撐約束了立桿，使部分豎向荷載由剪刀撐往下傳遞，從而使立桿上端受力要大于下端。所以對(duì)于高支腳手架，頂部水平桿距應(yīng)適當(dāng)小于下部水平桿，即頂部水平桿應(yīng)加密。

②負(fù)一層混凝土澆筑對(duì)負(fù)二層支架桿件產(chǎn)生的應(yīng)力變化很小，主要原因是：到負(fù)一層混凝土澆筑前，負(fù)二層澆筑的混凝土梁下底板和腹板已有足夠的強(qiáng)度，已經(jīng)可以承載負(fù)一層澆筑的混凝土的部分自重荷載，所以負(fù)二層桿件支架的變形變化很平穩(wěn)。

③各監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化總的趨勢(shì)基本一致，加載時(shí)支架桿件應(yīng)力增大明顯，隨著混凝土剛度增大，支架所受荷載不斷釋放，支架桿件應(yīng)力不斷減小。剛澆筑完，頂部桿件變形最大，很快趨于穩(wěn)定；其它桿件變形很小，較第一次澆筑期更敏感。混凝土澆筑期，各桿件變形在允許范圍內(nèi)，未出現(xiàn)異常情況，支架能夠安全工作。箱梁底模處支架變形最大，很快達(dá)到穩(wěn)定；同一方向桿件變形趨勢(shì)一致，縱向與橫向桿件受外界因素影響較大，變形不穩(wěn)定。監(jiān)控過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)觀察支架豎向變形，橫向與縱向桿件敏感性較大，亦不能忽視對(duì)其監(jiān)控。總之，整個(gè)箱梁現(xiàn)澆過(guò)程中，支架變形均未出現(xiàn)異常情況，處于安全工作狀態(tài)。

④混凝土構(gòu)件成型后，支架桿件受到梁、板約束作用，不能將應(yīng)力完全的釋放。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，各立桿和水平桿仍保持在受力狀態(tài)，應(yīng)力值大都不超過(guò)4MPa。

⑤各監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值均未超過(guò)鋼材的材料屈服限值的20%，變形監(jiān)測(cè)值未超過(guò)規(guī)范限值，表明整個(gè)施工過(guò)程是安全可靠的；結(jié)構(gòu)成型后，桿件內(nèi)殘余應(yīng)變不超過(guò)30με（亦即10m高的立桿，僅有0.3mm的變形量），由此可知，結(jié)構(gòu)最終位移與設(shè)計(jì)有較高的吻合度。

在整個(gè)施工過(guò)程中，施工過(guò)程中的荷載是動(dòng)態(tài)荷載，具有不確定性，如混凝土澆筑過(guò)程中混凝土泵管的水平周期性沖擊作用、混凝土下落的垂直沖擊作用、混凝土振搗時(shí)混凝土振搗棒的震動(dòng)作用、混凝土澆筑路徑以及時(shí)間對(duì)支模架中桿件軸力的大小都有著顯著的影響。此外還有一些其他因素的影響：儀器自身的精度、溫度變化產(chǎn)生的誤差，這些都會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果的異常。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合混凝土澆筑過(guò)程中對(duì)碗扣式腳手架桿件監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析可以得出以下結(jié)論：上部立桿和水平桿受力明顯要比下部桿件要大；在腳手架搭設(shè)時(shí)，要嚴(yán)格按規(guī)定操作，擰緊各碗扣接頭處限位銷，既要考慮桿件壓應(yīng)力，還要考慮立桿受拉的情況；在混凝土澆筑時(shí)，盡可能均勻?qū)ΨQ澆筑，避免荷載過(guò)多的集中在某一部分；當(dāng)上部荷載較大時(shí)，可以通過(guò)減小上部桿的距的方法來(lái)提高上部立桿承載力，保證支架的安全。希望相應(yīng)的檢測(cè)方法和研究結(jié)論能為類似的過(guò)程提供借鑒和幫助。

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TU731.2

A

1007-7359（2016）02-0176-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.062

徐州（1989—），男，安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院在讀碩士，研究方向：模板支撐體系。