直角扣件節(jié)點抗扭性能試驗研究

朱 勇

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南714000）

在扣件式鋼管滿堂支撐架體系及腳手架體系中，鋼管與扣件之間是一種半剛性連接[1]，扣件必須具有一定的抗滑和抗扭轉(zhuǎn)的能力。目前的研究多選用新扣件和鋼管進(jìn)行試驗，沒有考慮材料的實際情況，為了真實反應(yīng)扣件的抗扭性能，選取正在使用的扣件和鋼管進(jìn)行5 組試驗來研究扣件的抗扭性能。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

支撐鋼管的物理幾何參數(shù)測試。

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 級鋼，規(guī)格為Φ48×3.5（mm）。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和砂眼，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，僅有輕微的銹蝕。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)《鋼管腳手架扣件》（GB15831-2006）的規(guī)定，并結(jié)合實驗室條件進(jìn)行直角扣件轉(zhuǎn)動剛度試驗，具體如下：兩根互相垂直的鋼管用直角扣件連接，將250mm 長的鋼管垂直固定在壓力機(jī)上，使用直角扣件將長度大于1200mm 的橫向鋼管與短立管連接，使用扭矩扳手?jǐn)Q緊扣件以確保鋼管與扣件間的扭緊力矩為40kN·m，在一端距中心1000mm 處施加荷載P，另一端在距中心200mm 處測量橫桿位移fa。使用壓力試驗機(jī)對豎管加壓至20kN 后恒定，通過壓力機(jī)上、下面夾緊立管，保證立管不會滑動和傾斜。在鋼管加載端預(yù)加荷載50N 時，將測試儀表置零，然后以每50N 為一級加載，直加到1000N，在每級荷載下記錄測讀值fa。試驗裝置見圖1。

圖1 鋼管-扣件扭轉(zhuǎn)試驗示意圖

2 試驗現(xiàn)象及結(jié)果

隨著加載端荷載的不斷增加，鋼管會發(fā)生明顯的扭轉(zhuǎn)，自由端位移線性增大；當(dāng)加載至一定程度，鋼管會產(chǎn)生明顯的撓曲變形，自由端位移增長加快。隨著加載端荷載的不斷增加，扣件與鋼管之間的間隙加大，部分直角扣件蓋板與底座連接處會發(fā)生破壞。

扣件按要求應(yīng)該直接加載到破壞，但由于測量位移所用百分表的限值為50mm，5 組試件僅有1 組加載至破壞，其它4 組試件自由端位移均超出位移計量程。根據(jù)試驗加載端荷載P 和加載點位置，可求得試件的轉(zhuǎn)動力矩M 為：

根據(jù)試驗測得的位移值fa，按照幾何關(guān)系可求得鋼管與扣件間的轉(zhuǎn)角變形θ，兩者之間的幾何關(guān)系式為：

試驗得到的M-θ 關(guān)系見圖2。從圖2 的M-θ 曲線可以看出：加載初期，受鋼管、扣件鐵銹的影響，立管、橫管與扣件之間存在空隙，極小的荷載作用下自由端位移快速增大；待空隙消除后，隨著加載端荷載的增加，自由端位移線性增大；待荷載加大至500N 后，位移增長速度加快，與加載端荷載不再呈線性增長關(guān)系。隨著轉(zhuǎn)角的進(jìn)一步增大，扣件螺絲可能發(fā)生松動、損壞，個別扣件可能直接損壞。由于試驗所采用的鋼管和扣件均有輕微銹蝕，以及鋼管質(zhì)量存在較大偏差，導(dǎo)致鋼管-扣件節(jié)點試件的扭動試驗的結(jié)果會有較大的離散性。

圖2 鋼管-扣件節(jié)點試件M-θ 關(guān)系曲線試驗結(jié)果

從圖2 的試驗結(jié)果可以看出，扣件節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角（M-θ）關(guān)系表現(xiàn)出明顯的非線性特性。對鋼管與扣件間的彎矩-轉(zhuǎn)角（M-θ）關(guān)系，目前常采用二參數(shù)對數(shù)模型或二次函數(shù)模型擬合其對應(yīng)關(guān)系，相應(yīng)的計算模型分別為：

式中，n、R、A、B、C 均為待定參數(shù)。

本文分別采用這兩種形式對實驗結(jié)果進(jìn)行擬合分析，相關(guān)參數(shù)的擬合結(jié)果見表1。

表1 M-θ 關(guān)系式擬合結(jié)果

將上述兩種模型的M-θ 擬合曲線和試驗結(jié)果進(jìn)行對比，見圖3 所示。

圖3 扣件節(jié)點M-θ 擬合曲線

3 結(jié) 語

由表1 的相關(guān)系數(shù)和圖3 的對比結(jié)果可以看出：二參數(shù)對數(shù)模型能更好地模擬試驗結(jié)果，其對應(yīng)的關(guān)系式為(2-5)，建議在工程實踐中使用。