鋼管與直角扣件節(jié)點(diǎn)抗滑性能本構(gòu)關(guān)系研究

朱勇　陳明明

摘 要：抗滑承載力是保證鋼管與直角扣件共同工作和有效傳力的基礎(chǔ)，目前研究主要是新材料的抗滑性能，與實(shí)際不符。根據(jù)《鋼管腳手架扣件》（GB15831-2006）和實(shí)驗(yàn)室條件選取工地正在使用材料進(jìn)行6組鋼管與直角扣件間的抗滑性能試驗(yàn)，采用Matlab軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，建立豎向荷載-滑移關(guān)系公式，對(duì)使用有限元軟件分析整架結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。同時(shí)，給出直角扣件在使用中的建議。

關(guān)鍵詞：鋼管;直角扣件;節(jié)點(diǎn);抗滑性能

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.23.035

模板支撐架體系是采用扣件將桿件進(jìn)行連接而成的一種特殊的多層多跨空間框架，其中立桿與縱、橫向水平桿使用直角扣件進(jìn)行連接，而它們之間力的傳遞主要是依靠鋼管和直角扣件間的摩擦力實(shí)現(xiàn)。因此其抗滑性能是一項(xiàng)重要力學(xué)性能指標(biāo)，扣件抗滑承載力是保證扣件與鋼管之間共同工作及有效傳力的基礎(chǔ)[1]。目前，滿堂支撐體系的節(jié)點(diǎn)半剛性計(jì)算理論比較符合扣件連接節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況的，但是研究選取的對(duì)象多為新鋼管和直角扣件間的抗滑性能，沒有考慮實(shí)際的材料情況，本文選取工地上正在使用的鋼管和扣件之間的抗滑性能作為研究對(duì)象，進(jìn)行六組試驗(yàn)探究荷載和滑移之間的關(guān)系。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

目前，國家規(guī)范《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T700）[2]規(guī)定用于支撐架體系的鋼管材料為Q235級(jí)鋼，規(guī)格為Φ48×3.5（mm）。目前，市場上供應(yīng)的支撐架鋼管的質(zhì)量參差不齊，普遍達(dá)不到規(guī)范要求。本文使用電子稱稱量鋼管質(zhì)量，使用游標(biāo)卡尺測量試驗(yàn)所用鋼管的外徑、壁厚，測量結(jié)果見表1、表2。按照《鋼管腳手架扣件》（GB15831-2006）[3]檢查扣件的外觀，扣件各部位沒有裂紋，無砂眼，表面也無明顯粘砂，螺栓無滑絲現(xiàn)象，選用扣件滿足規(guī)范的要求，但有輕微的銹蝕。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)裝置如圖1所示，鋼管與直角扣件間的抗滑性能試驗(yàn)步驟如下。

（1）肖熾[4]等發(fā)現(xiàn)扣件件式鋼管支架安裝時(shí)40N·m的扣件扭緊力矩比較合理、有效。因此，試驗(yàn)方案確定兩根互相垂直的鋼管用直角扣件連接，使用扭矩扳手?jǐn)Q緊扣件以確保鋼管與扣件間的扭動(dòng)力矩為40kN·m，將200mm長的立管固定在高套管底座內(nèi)，底座與壓力試驗(yàn)機(jī)緊密固定。

（2）在300mm長的橫管上架立傳力裝置和千斤頂、傳感器。

（3）試驗(yàn)加載前，確保高套管、鋼管-扣件試件、傳力裝置、千斤頂、傳感器組成的試驗(yàn)裝置固定。

（4）使用千斤頂勻速加載，加載速度控制在300～400N/s，連續(xù)采集施加荷載P以及相應(yīng)的鋼管豎向位移值⊿1和扣件豎向位移值⊿2。

（5）加載至荷載不再增加而滑移不斷增加、或荷載增加至20kN時(shí)，停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖2給出了6組試件的豎向力-橫桿位移關(guān)系和豎向力-扣件位移關(guān)系曲線。

從圖2看到：加載初期，隨著荷載的增加，扣件位移和鋼管位移線性增長，扣件位移向上增長較慢而鋼管位移向下增長較快，試驗(yàn)裝置呈現(xiàn)典型的偏心加載受力特征;加載至一定值（約15kN），曲線呈現(xiàn)兩種不同的變化規(guī)律：一為隨著少量的荷載增加，扣件位移向上、鋼管位移向下快速增長直至試件破壞（試件a、b、e、f）;二為隨著豎向加載的不斷增大，鋼管位移向下快速增長，而扣件位移也轉(zhuǎn)向快速向下增長直至試件破壞（試件c、d）。

3 鋼管腳手架直角扣件抗滑本構(gòu)關(guān)系回歸分析

在實(shí)際工程中，如果滿堂支撐體系受到極大的突變荷載，造成某個(gè)關(guān)鍵部位鋼管-扣件節(jié)點(diǎn)的滑動(dòng)破壞，極有可能造成整個(gè)支撐架體系受力特征改變，繼而引起其它鋼管-扣件節(jié)點(diǎn)的快速失效，導(dǎo)致滿堂支撐體系的倒塌事故[5]。因此，本文建立鋼管-扣件間的荷載-滑移規(guī)律時(shí)，不考慮荷載增長極小而滑移快速增長的階段。建立荷載P-滑移Δ曲線時(shí)，荷載取豎向荷載試驗(yàn)值，滑移取鋼管位移⊿1和扣件位移⊿2的絕對(duì)值之和。圖3給出調(diào)整后的鋼管-扣件試件的荷載-滑移關(guān)系曲線。

目前，對(duì)于鋼管-扣件間的荷載-滑移關(guān)系曲線，國內(nèi)外的擬合公式較少。本文分別采用二次關(guān)系式、對(duì)數(shù)關(guān)系式擬合本次試驗(yàn)結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）加載初期，隨著荷載的增加，扣件位移和鋼管位移線性增長，扣件位移向上增長較慢而鋼管位移向下增長較快;加載至一定值（約15kN），曲線呈現(xiàn)兩種不同的變化規(guī)律：一為隨著少量的荷載增加，扣件位移向上、鋼管位移向下快速增長直至試件破壞;二為隨著豎向加載的不斷增大，鋼管位移向下快速增長，而扣件位移也轉(zhuǎn)向快速向下增長直至試件破壞。因此，水平橫桿豎向承載力不應(yīng)超過15kN。

（2）在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的回歸分析，擬合出了豎向力-滑移值的公式，為使用有限元軟件分析滿堂支撐體系承載力和穩(wěn)定性提供依據(jù)。

（3）工地使用鋼管和直角扣件前，應(yīng)做豎向力-滑移試驗(yàn)，掌握材料的性能，對(duì)安全施工有較好的指導(dǎo)作用，建議在施工現(xiàn)場推廣使用這種試驗(yàn)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]章雪峰.混凝土結(jié)構(gòu)扣件式鋼管模板高支撐體系整體受力分析[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2005.

[2]GB/T700-2006.碳素結(jié)構(gòu)鋼[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3]GB15831-2006.鋼管腳手架扣件[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[4]肖熾，周觀根，楊乾慧.鋼管支架用直角扣件抗滑移試驗(yàn)研究[J].施工技術(shù)，2010，39（04）：85-86.

[5]范宇杰.扣件式鋼管模板支撐體系穩(wěn)定性與相關(guān)系數(shù)研究[D].杭州：浙江工業(yè)大學(xué)，2016.

作者簡介：朱勇（1991-），男，陜西渭南人，碩士，助教，主要從事混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方面的研究。