直角扣件節(jié)點抗滑性能試驗研究

朱 勇

(陜西鐵路工程職業(yè)技術學院，陜西 渭南 714000)

模板支撐架體系是采用扣件將桿件進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現(xiàn)，因此鋼管與直角扣件間的抗滑性能是一項重要力學性能指標，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。目前，滿堂支撐體系的節(jié)點半剛性計算理論比較符合扣件連接節(jié)點的實際情況，但是研究選取的對象多為新鋼管和直角扣件間的抗滑性能，沒有考慮實際的材料情況，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象，進行6組試驗探究荷載和滑移之間的關系。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

目前，國家規(guī)范《碳素結構鋼》(GB/T700)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)。目前，市場上供應的支撐架鋼管的質量參差不齊，普遍達不到規(guī)范要求。本文使用電子稱稱量鋼管質量，使用游標卡尺測量試驗所用鋼管的外徑、壁厚。按照《鋼管腳手架扣件》(GB15831-2006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 試驗設計

(1)肖熾[1]等發(fā)現(xiàn)扣件式鋼管支架安裝時40N·m的扣件扭緊力矩比較合理、有效。因此，試驗方案確定2根互相垂直的鋼管用直角扣件連接，使用扭矩扳手擰緊扣件以確保鋼管與扣件間的扭動力矩為40kN·m，將200mm長的立管固定在高套管底座內(nèi)，底座與壓力試驗機緊密固定。

(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以及相應的鋼管豎向位移值Δ1和扣件豎向位移值Δ2。

(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，停止試驗。

2 試驗結果及分析

以下給出了4組試件的豎向力-橫桿位移關系和豎向力-扣件位移關系曲線。

圖2 鋼管和扣件的荷載-位移關系

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)2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，而扣件位移也轉向快速向下增長，直至試件破壞。

3 鋼管腳手架直角扣件抗滑本構關系回歸分析

在實際工程中，如果滿堂支撐體系受到極大的突變荷載，造成某個關鍵部位鋼管-扣件節(jié)點的滑動破壞，極有可能造成整個支撐架體系受力特征改變，繼而引起其它鋼管-扣件節(jié)點的快速失效，導致滿堂支撐體系的倒塌事故[2]。因此，本文建立鋼管-扣件間的荷載-滑移規(guī)律時，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，荷載取豎向荷載試驗值，滑移取鋼管位移⊿1和扣件位移⊿2的絕對值之和。

目前，對于鋼管-扣件間的荷載-滑移關系曲線，國內(nèi)外的擬合公式較少。本文分別采用二次關系式、對數(shù)關系式擬合本次試驗結果。

P=AΔ2+BΔ+C

(1)

P=Dln(1+Δ)+E

(2)

式中：P為豎向力(kN)；Δ為滑移值(mm)；A、B、C、D、E均為待定參數(shù)。

本文分別采用這2種形式對實驗結果進行擬合分析，相關參數(shù)的擬合結果見表1。

表1 P-Δ關系式擬合結果

將上述2種模型的P-Δ擬合曲線和試驗結果進行對比，見圖3所示。

圖3 鋼管-扣件P-Δ擬合曲線

由表1的相關系數(shù)和圖3的對比結果可以看出：對數(shù)模型能更好地模擬試驗結果，其對應的關系式為：P=6.553ln(1+Δ)-0.191

(3)

4 結語

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)2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超過15kN。

在試驗基礎上，進行試驗結果的回歸分析，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)。

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