承插型輪扣式腳手架調(diào)查與應(yīng)用分析

竇國舉 康 勇 訾建濤 許鵬飛 周 洋 何飛龍

1.中國建筑第七工程局有限公司 河南 鄭州 450004；2.鄭州航空港區(qū)航程置業(yè)有限公司 河南 鄭州 450000

1 概述

2 承插型輪扣式腳手架架體構(gòu)造

2.1 立桿

立桿采用φ48 mm×3.5 mm、Q235的鋼管，模數(shù)為600 mm，常用的長(zhǎng)度規(guī)格有3 000、2 400、1 800、1 200 mm等。立桿下端部為φ57 mm×3.2 mm的連接套筒，上下立桿之間通過該套筒連接。立桿每隔600 mm焊接一個(gè)輪扣，輪扣的四邊各開設(shè)一個(gè)孔洞，與承插型盤扣式腳手架的區(qū)別在于無斜桿用孔洞（圖1、圖2）。

圖1 承插型盤扣式腳手架節(jié)點(diǎn)

圖2 輪扣式腳手架連接

2.2 橫桿

橫桿由鋼管和兩端的插頭組成，常用的規(guī)格有1 500、1 200、900、600 mm等。橫桿插頭通過插入到輪盤孔洞內(nèi)進(jìn)行連接。

2.3 斜桿

斜桿采用鋼管，通過扣件與架體連接。

對(duì)于層高5 m以下的住宅標(biāo)準(zhǔn)層等工程，輪扣式架體在不采用斜桿的情況下滿足使用要求，架體僅需要橫桿、立桿和梁支撐鋼管，較扣件式腳手架搭設(shè)方便、構(gòu)件少，較承插式盤扣式腳手架成本低。

3 研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)已開展了輪扣式腳手架的相關(guān)研究，但是目前尚無國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，大部分生產(chǎn)廠家、施工企業(yè)對(duì)架體的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用參考JGJ 231—2010《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》、JGJ 130—2011《扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。由于輪扣式腳手架與承插型盤扣式鋼管支架存在不同，上述2部標(biāo)準(zhǔn)未能完全指導(dǎo)輪扣式腳手架的生產(chǎn)與施工。

劉靜[1]通過有限元分析軟件SAP 2000，假定節(jié)點(diǎn)為半剛性節(jié)點(diǎn)，采用線性模型建立了雙排輪扣式腳手架的模型，計(jì)算分析后取節(jié)點(diǎn)的連接剛度為30 kN·m/rad，分析了鋼管腳手架極限承載力的影響因素，其中腳手架搭設(shè)的步距、掃地桿的設(shè)置、連墻撐的豎向間距以及荷載的分布對(duì)極限承載力的影響非常大。

楊曙[2]采用線性模型建立了半剛性特性數(shù)值模型來模擬節(jié)點(diǎn)的半剛性，通過試驗(yàn)確定了輪扣節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度在30～40 kN·m/rad范圍內(nèi)波動(dòng)，平均值35.8 kN·m/rad。

式中:分別對(duì)應(yīng)的是溫度為T0、T時(shí)的k階Stokes波中心頻率?？梢钥闯?k階Stokes波相對(duì)于BP的中心頻移量是1階Stokes波的k倍,即前者的溫度靈敏度系數(shù)是后者溫度靈敏度系數(shù)CT的k倍。這也意味著,利用Brillouin多波長(zhǎng)輸出可以實(shí)現(xiàn)更高的溫度靈敏度系數(shù),如果Stokes波達(dá)到10階或以上,則理論上可以使溫度靈敏度系數(shù)提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。

楊永達(dá)[3]通過有限元分析軟件SAP 2000分析了支模架的構(gòu)造因素對(duì)輪扣式鋼管支模架穩(wěn)定承載力的影響，通過試驗(yàn)得到了輪扣式鋼管支模架試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臉O限承載力和荷載位移曲線，提出假定輪扣式腳手架節(jié)點(diǎn)為剛性，通過施加等效水平荷載來模擬支架全等效初始缺陷方法，當(dāng)假定等效水平荷載取為1.3%～1.7%的極限承載力時(shí)，有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好。

王洲春[4]對(duì)單個(gè)輪扣式腳手架節(jié)點(diǎn)分別建立了試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃陀邢拊治瞿Ｐ停⑦M(jìn)行了抗彎和抗剪試驗(yàn)，確定輪扣式鋼管腳手架為轉(zhuǎn)動(dòng)剛度25 kN·m/rad，當(dāng)剪切荷載為60 kN時(shí)，輪盤的表面應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到了鋼材的屈服應(yīng)力值，將60 kN作為輪盤式鋼管腳手架輪盤的抗剪試驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)參考值。對(duì)一個(gè)單元體（包括4根立桿和連接的橫桿）建立有限元分析模型分析穩(wěn)定性，當(dāng)水平桿步距為1.0 m時(shí)，支架立桿計(jì)算長(zhǎng)度修正系數(shù)η=1.8；當(dāng)水平桿步距為1.5 m時(shí)，η=1.35。

山東省地方標(biāo)準(zhǔn)[5]確定了輪扣節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度為15 kN·m/rad，抗剪承載力為60 kN。廣東省地標(biāo)[6]確定了輪扣節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度為20kN·m/rad，輪盤抗剪承載力為60 kN。

4 承插型輪扣式腳手架與承插型盤扣式鋼管架關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比

根據(jù)文獻(xiàn)[5]、[6]、[7]，2種型式的架體在材料、構(gòu)造、關(guān)鍵參數(shù)等方面均具有一定的區(qū)別。

4.1 材料、構(gòu)造區(qū)別

2種架體的連接盤孔洞數(shù)、立桿連接盤間距、連接盤厚度、橫桿接頭連接要求均存在差異（表1）。

表1 承插型盤扣式鋼管架與輪扣式腳手架材料、構(gòu)造對(duì)比

4.2 關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比

4.2.1 節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算模型

盤扣式腳手架、輪扣式腳手架均屬于框架式支撐結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算模型簡(jiǎn)化為半剛性節(jié)點(diǎn)連接[1-3]。

4.2.2 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度值

文獻(xiàn)[8]中規(guī)定，承插式支撐結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度取20 kN·m/rad，文獻(xiàn)[3]中通過試驗(yàn)確定盤扣式節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度為24 kN·m/rad，考慮安全計(jì)算參數(shù)1.6，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度15 kN·m/rad。

文獻(xiàn)[2]中通過試驗(yàn)確定，連接剛度基本保持在 30～40 kN·m/rad之間，取平均值35.8 kN·m/rad；根據(jù)文獻(xiàn)[9]，輪扣式鋼管腳手架節(jié)點(diǎn)連接剛度相當(dāng)于扣件式鋼管腳手架在扣件擰緊力矩40 N·m時(shí)的連接剛度。

4.2.3 節(jié)點(diǎn)抗剪承載力

文獻(xiàn)[7]中，根據(jù)東南大學(xué)對(duì)盤扣式鋼管架八角盤進(jìn)行的單側(cè)彎剪、雙側(cè)彎剪及內(nèi)側(cè)焊縫受剪極限承載力計(jì)算結(jié)果，并考慮材料抗力系數(shù)1.087，取整得到連接盤抗剪承載力設(shè)計(jì)值為40 kN；文獻(xiàn)[5]、[6]中，依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定為60 kN。

4.2.4 計(jì)算長(zhǎng)度

文獻(xiàn)[5]中，無剪刀撐輪扣式腳手架計(jì)算長(zhǎng)度取l0=μh和l0=h′＋2k0h2中的較大值。其中，μ為立桿計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，h為支架立桿中間層水平桿最大豎向縱距，h′為支架頂層水平桿步距，h2為懸臂長(zhǎng)度，k0為懸臂端計(jì)算長(zhǎng)度折減系數(shù)，取0.7。

μ取值參考文獻(xiàn)[8]中水平桿不連續(xù)情形下表格取值，是通過理論推導(dǎo)和大量算例計(jì)算確定的。

有剪刀撐輪扣式腳手架計(jì)算長(zhǎng)度取l0=βHβaμh和l0=h′＋2k0h2值中的較大值。其中，βa為掃地桿高度與懸臂長(zhǎng)度修正系數(shù)，βH為高度修正系數(shù)。

文獻(xiàn)[8]中，計(jì)算長(zhǎng)度取l0=ηh和l0=h′＋2ka中的較大值。其中，k為懸臂端計(jì)算長(zhǎng)度修正系數(shù)，a為支架可調(diào)托座支撐點(diǎn)至頂層水平桿中心線的距離。水平桿步距為0.5 m或1 m時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度修正系數(shù)取1.6；水平桿步距為1.5 m時(shí)，取1.2。該值通過試驗(yàn)取得。

5 結(jié)語

1）雖然承插型輪扣式腳手架是承插型盤扣式腳手架經(jīng)簡(jiǎn)化后衍生出的一種支撐體系，但這2種架體的連接盤孔洞數(shù)、立桿連接盤間距、連接盤厚度、橫桿接頭連接要求方面均存在差異，較后者構(gòu)件更少、型式更簡(jiǎn)便。

2）盤扣式腳手架、輪扣式腳手架均屬于框架式支撐結(jié)構(gòu)體系，計(jì)算模型簡(jiǎn)化為半剛性節(jié)點(diǎn)連接。

3）對(duì)于節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，各規(guī)范、文獻(xiàn)取值差異較大。關(guān)于輪扣式腳手架節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，山東省地標(biāo)通過試驗(yàn)確定為15 kN·m/rad，廣東省地標(biāo)取值參考《建筑施工臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中20 kN·m/rad，文獻(xiàn)[8]中取20 kN·m/rad，文獻(xiàn)[3]中通過試驗(yàn)確定為15 kN·m/rad；文獻(xiàn)[2]中通過試驗(yàn)確定取35.8 kN·m/rad，文獻(xiàn)[9]中輪扣式鋼管腳手架節(jié)點(diǎn)連接剛度相當(dāng)于扣件式鋼管腳手架在扣件擰緊力矩40 N·m時(shí)的連接剛度。規(guī)范[7]中未對(duì)盤扣式腳手架節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度進(jìn)行說明。

4）規(guī)范、文獻(xiàn)對(duì)于節(jié)點(diǎn)抗剪承載力取值不同。文獻(xiàn)[4]、[5]、[6]確定承插型輪扣式支撐架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力為60 kN；關(guān)于抗剪承載力，文獻(xiàn)[7]中通過試驗(yàn)確定承插型盤扣式支撐架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力為40 kN。

5）關(guān)于桿件計(jì)算長(zhǎng)度，不同的文獻(xiàn)、規(guī)范取值不同。文獻(xiàn)[5]中無剪刀撐輪扣式腳手架計(jì)算長(zhǎng)度取l0=μh和l0=h′＋2k0h2中的較大值，有剪刀撐輪扣式腳手架計(jì)算長(zhǎng)度取l0=βHβaμh和l0=h′＋2k0h2值中的較大值；文獻(xiàn)[7]中，承插型輪扣式腳手架計(jì)算長(zhǎng)度取l0=ηh＋l0=h′＋2ka中的較大值。水平桿步距為0.5 m或1 m時(shí)，取1.6；水平桿步距為1.5 m時(shí)，取1.2。輪扣式腳手架計(jì)算參數(shù)根據(jù)剪刀撐是否設(shè)置計(jì)算公式不同。

6）由于承插型輪扣式腳手架與盤扣式腳手架在構(gòu)造、計(jì)算參數(shù)等方面取值不同，輪扣式腳手架設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等過程應(yīng)參考各自對(duì)應(yīng)的規(guī)范和規(guī)程。部分省市無輪扣式腳手架規(guī)程，應(yīng)參照山東省、廣東省等省市輪扣式腳手架地標(biāo)。