鋁合金材料在防護(hù)平臺(tái)中的應(yīng)用研究

康志飛

摘 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，目前我國(guó)大中型城市高層和超高層建筑數(shù)量逐漸增多，傳統(tǒng)施工技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足施工要求，附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，全鋼防護(hù)平臺(tái)受外界環(huán)境因素的影響，易生銹腐蝕，直接影響到架體安全。而鋁合金作為一種新興的優(yōu)質(zhì)材料，具有重量輕、耐腐蝕、易加工、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有周轉(zhuǎn)快、承載性能優(yōu)、安拆便捷、安全性高的綜合優(yōu)勢(shì)，其在鋁合金防護(hù)平臺(tái)上的應(yīng)用非常值得研究。

關(guān)鍵詞：鋁合金;附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái);鋁合金防護(hù)平臺(tái)

引言

防護(hù)平臺(tái)作為工程施工過(guò)程中一項(xiàng)的施工工具，近年來(lái)隨著建筑業(yè)發(fā)展，防護(hù)平臺(tái)的種類(lèi)及形式越來(lái)越成熟，其中以全鋼腳手架一類(lèi)的運(yùn)用最為廣泛，發(fā)展最為迅速。全鋼腳手架的主體結(jié)構(gòu)材料為普通鋼材，由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境影響，鋼材存在生銹腐蝕老化等現(xiàn)象，整體回收價(jià)值低，也不符合國(guó)家建筑工程綠色、可持續(xù)發(fā)展政策。鋁合金作為一種新興的優(yōu)質(zhì)材料，在高層建筑結(jié)構(gòu)施工中，得到了廣泛的關(guān)注和大量的使用，如鋁合金模板工程。隨著建筑結(jié)構(gòu)工程要求的提高、新型材料的研究和整體技術(shù)的進(jìn)步，安全防護(hù)平臺(tái)將朝著輕量化、安全化、綠色經(jīng)濟(jì)化的方向發(fā)展，鋁合金在安全防護(hù)平臺(tái)中的應(yīng)用將越來(lái)約廣泛。本文在全鋼附著式升降作業(yè)安全防護(hù)平臺(tái)的使用基礎(chǔ)上，對(duì)鋁合金材料及構(gòu)件在防護(hù)平臺(tái)的使用進(jìn)行研究。

1? 鋁合金材料的優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 鋁合金的優(yōu)點(diǎn)

1.1.1 自重輕：鋁合金的密度為2.7g/cm3，鋼材的密度為7.8g/cm3，鋁合金的密度與鋼比較只占其1/3左右。

1.1.2 力學(xué)性能好：在鋁中添加一些合金元素后，鋁合金具有非常良好的力學(xué)性能，同鋼材相比較它具有更低的密度，可以得到更好的塑造性與力學(xué)性能。

1.1.3 耐腐蝕性強(qiáng)：鋁合金長(zhǎng)時(shí)間暴露在大氣中能夠及時(shí)的在表面形成一種自我保護(hù)的氧化膜，該氧化膜則對(duì)鋁合金的表面起到了非常良好的固定和保護(hù)作用，避免其在進(jìn)一步氧化的同時(shí)，增強(qiáng)其耐腐蝕性能。

1.1.4 易加工：添加一定的合金元素后，可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合金或加工塑性好的變形鋁合金。

1.1.5 可循環(huán)利用：鋁合金材料具有易回收、二次翻新處理成本低、重復(fù)利用率高，剩余殘值價(jià)值高、利于環(huán)境保護(hù)。

1.2 鋁合金的缺點(diǎn)

1.2.1 焊接性能差：鋁合金材料在焊接后，在熱影響區(qū)域內(nèi)材料強(qiáng)度有較大的折減，因此焊接性能相對(duì)較差。

1.2.2 穩(wěn)定性較差：由于鋁合金相對(duì)鋼材的壓桿穩(wěn)定性較差，鋁合金材料不適于應(yīng)用于受壓桿件和剛性連接構(gòu)件。

1.2.3 撓度變形大：鋁合金材質(zhì)輕、延展性好，鋁合金的彈性模量約為鋼材的三分之一，因此在和鋼材承受相同荷載的情況下，鋁合金結(jié)構(gòu)的變形大。

2? 鋁合金材料在防護(hù)平臺(tái)中的應(yīng)用分析

鋁合金易擠壓成型是其在加工方面優(yōu)于鋼材最主要的優(yōu)點(diǎn)。一次擠壓成型可以產(chǎn)出熱軋和焊接所不能獲得的復(fù)雜截面特性的型材，可以使得構(gòu)件截面的結(jié)構(gòu)和特性更加合理。根據(jù)鋁合金的特點(diǎn)，鋁合金材料適用于防護(hù)平臺(tái)的立桿、腳手板、導(dǎo)軌、框式鋼網(wǎng)片防護(hù)網(wǎng)、附墻支座等構(gòu)件。

2.1 立桿

根據(jù)不同廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及需求可以擠壓成不同截面，例如：40*80mm、30*60mm等方管截面，如圖1，立桿帶網(wǎng)片連接板、立桿帶水平桁架連接板等帶使用功能的截面，然后進(jìn)行孔徑成型。立桿采用鋁合金材料規(guī)格為6061-T6，其具有中等強(qiáng)度、可焊接性、抗腐蝕性、氧化效果較好等物理特性，在架體立桿處使用可滿(mǎn)足性能需要和現(xiàn)場(chǎng)施工要求。其力學(xué)性能數(shù)據(jù)與Q235對(duì)比如下表1：

通過(guò)模擬分析，對(duì)架體立桿的受力情況進(jìn)行數(shù)學(xué)建模和受力分析，分析結(jié)果如圖2：

由結(jié)果可知，立桿施工情況下最大應(yīng)力為57.5Mpa<265Mpa（材料許用應(yīng)力），所以鋁合金材質(zhì)的立桿可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工的強(qiáng)度要求。

2.2腳手板

腳手板根據(jù)設(shè)計(jì)要求直接擠壓成成品截面，型材按尺寸要求進(jìn)行切割，側(cè)肋沖孔，端板焊接后即可成型。腳手板與立桿使用材質(zhì)相同，同樣為6061-T6，如圖3、圖4為鋁合金腳手板效果圖。

按照防護(hù)平臺(tái)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)腳手板荷載要求，對(duì)鋁合金材質(zhì)腳手板進(jìn)行受理分析，分析結(jié)果如圖6：

根據(jù)桁架結(jié)構(gòu)（GB 50017-2003）要求允許撓度λ=L/400，由結(jié)果可知腳手板實(shí)際變形量為2.9mm遠(yuǎn)未超出規(guī)范允許值，分析結(jié)果滿(mǎn)足受力要求。

2.3導(dǎo)軌

導(dǎo)軌是將架體的載荷傳遞給結(jié)構(gòu)主體的主要受力構(gòu)件。對(duì)導(dǎo)軌的工作原理和安裝方法進(jìn)行了全面的分析和總結(jié)，經(jīng)過(guò)多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，擺脫了鋼導(dǎo)軌的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和制造方法，研制出新型鋁合金導(dǎo)軌，如圖7為鋁合金導(dǎo)軌效果圖，通過(guò)整體擠壓成型，經(jīng)沖孔、鋸切即可投入使用。導(dǎo)軌材料同樣建議使用6061-T6。

通過(guò)模擬導(dǎo)軌的受力情況進(jìn)行數(shù)學(xué)建模進(jìn)行受力分析，分析結(jié)果如圖8：

由結(jié)果可知，導(dǎo)軌施工情況下最大應(yīng)力為142.6Mpa<265Mpa（材料許用應(yīng)力），所以鋁合金材質(zhì)的導(dǎo)軌可以滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工的強(qiáng)度要求。

2.4附墻支座

附墻支座主體結(jié)構(gòu)為鋁合金。在鋁合金附墻支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)應(yīng)力計(jì)算要求的前提下，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)截面，增加兩個(gè)豎向鋼筋空腔，提高豎向鋼筋的抗彎強(qiáng)度，減輕整體重量。墻架主體結(jié)構(gòu)件擠壓后，可按標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度切割，用自動(dòng)設(shè)備沖孔鉆孔，然后進(jìn)行裝配。鋁合金材質(zhì)附墻支座相比碳鋼材質(zhì)附墻支座中糧減輕30%-50%，且安裝拆卸強(qiáng)度均能符合要求。附墻支座建議采用6005A-T6，其力學(xué)性能為：屈服強(qiáng)度為240Mpa，抗拉強(qiáng)度為260Mpa。

3? 鋁合金防護(hù)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)

根據(jù)防護(hù)平臺(tái)的功能使用要求以及國(guó)家政策要求，鋁合金材料在防護(hù)平臺(tái)上的應(yīng)用具有以下優(yōu)勢(shì)：

3.1 由于鋁合金材料的良好抗腐蝕性能，可減少防腐延長(zhǎng)使用周期降低維護(hù)費(fèi)用，減少成本;

3.2 易回收，殘值高，循環(huán)利用率高，有力與環(huán)保;

3.3 鋁合金材料的重量?jī)H為鋼材的1/3，組裝過(guò)程中能大幅降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工效率。組裝后整體重量輕，能有效降低能耗，降低使用成本;

3.4 輕便，利于運(yùn)輸、安拆、維修，二次使用不需重復(fù)噴涂的一種理想綠色環(huán)保建材，可以很好的符合建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求;

3.5 鋁合金初始成本較鋼材明顯高，以普通鋼管和鋁合金管比較，鋁合金的價(jià)格是普通鋼材的3倍左右。但考慮到周轉(zhuǎn)使用次數(shù)增多、勞動(dòng)強(qiáng)度降低、施工效率提升、回收殘值高等原因，具有綜合優(yōu)勢(shì)。

4? 結(jié)論

本文結(jié)合鋁合金材料的特點(diǎn)對(duì)其應(yīng)用于防護(hù)平臺(tái)的情況進(jìn)行了綜合分析，對(duì)比了鋁合金材料用于防護(hù)平臺(tái)相對(duì)于傳統(tǒng)鋼材腳手架的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)受力模擬分析了鋁合金在架體立桿、腳手板、導(dǎo)軌和附墻支座構(gòu)件的使用可能性，并同鋼構(gòu)件對(duì)比了數(shù)據(jù)分析，結(jié)果驗(yàn)證了鋁合金在防護(hù)平臺(tái)上使用的整體優(yōu)勢(shì)。

隨著建筑領(lǐng)域綜合要求的提升，技術(shù)的不斷發(fā)展，行業(yè)對(duì)結(jié)構(gòu)材料的使用要求也逐步提高。在安全作業(yè)的基礎(chǔ)上，以提高和優(yōu)化鋁合金結(jié)構(gòu)材料的使用性能為目標(biāo)，同時(shí)兼顧施工便捷、材料加工和周轉(zhuǎn)的綜合成本控制，鋁合金結(jié)構(gòu)材料在附著式升降防護(hù)平臺(tái)的應(yīng)用將會(huì)是一個(gè)大趨勢(shì)。

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