盤扣式腳手架發(fā)展研究

布仁巴圖

摘 要：在工程施工活動中，腳手架施工是一種最常用的施工方法。隨著技術(shù)的革新和工程活動的不斷擴大，腳手架支撐體系逐漸發(fā)展出承載能力大、安全系數(shù)高的盤扣式腳手架。文章通過查閱大量文獻，從盤扣式腳手架的理論支撐、試驗支撐和工程實踐應用等方面，介紹了盤扣式腳手架的發(fā)展背景和研究進展，并通過與傳統(tǒng)腳手架進行對比，分析了盤扣式腳手架的優(yōu)勢與不足。

關(guān)鍵詞：盤扣式腳手架;研究進展;傳統(tǒng)腳手架;對比分析

中圖分類號：TU714 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）02-027-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.012

隨著我國土木工程建設的不斷發(fā)展，全國各地有大量土木工程正在興建，而在橋梁工程和房建工程中，腳手架是一種最常用的輔助施工體系，在各類工程中應用頻率逐漸增高，其類型得到了不斷更新。近年來，隨著鐵路、公路等交通設施的不斷建設，越來越多的工程建筑在實際施工過程中大量使用腳手架支撐結(jié)構(gòu)，極大地推動了腳手架支撐系統(tǒng)的應用發(fā)展，完善了腳手架施工技術(shù)。腳手架是一種支撐架結(jié)構(gòu)，架體需要承載較重的重量，傳統(tǒng)腳手架多使用碗扣構(gòu)件進行搭建，但其結(jié)構(gòu)常常發(fā)生失穩(wěn)或破壞，引發(fā)安全問題;傳統(tǒng)的腳手架支撐結(jié)構(gòu)整體安全系數(shù)較低，極易引發(fā)安全事故，現(xiàn)代腳手架還偏向大噸位、大跨度方向，限于傳統(tǒng)腳手架鋼桿本身的承載能力，因而發(fā)展出了承載能力大、安全系數(shù)高的盤扣式腳手架。

1 模板體系理論和試驗研究

盤扣式腳手架作為一種模板體系，國外研究人員對模板支撐系統(tǒng)的理論分析和框架試驗研究，已經(jīng)進入了一個比較深入的階段。

1974年，R.K.Agarwal和N.J.Gardner對板柱結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場的支撐架進行監(jiān)測，從而提高理論計算模型，使之更切合實際。1977年，Lightfoot和Oliveto計算模板承載力時，采用了塑性分析方法和彈性屈曲分析方法相結(jié)合的方式綜合進行了計算。1979年，Homes和Hindson在研究模板支撐體系穩(wěn)定承載力時，進行了支撐架的足尺模型試驗，分析了模板支撐體系在水平荷載和豎向荷載作用下的穩(wěn)定承載力[1]。

1986年，Hadipriono與Wang通過對發(fā)生在美國的近80多件支架事故進行了調(diào)查、整理、研究，剖析了事故內(nèi)因與外因，并總結(jié)得出腳手架的設計及施工技術(shù)是引起事故的主要內(nèi)因，主要外因是材料及施工荷載的不標準、不規(guī)范。1995年，S.L.Chan與J.L.Peng在腳手架節(jié)點具有一定剛度的假設上，利用計算長度分析法推導得出腳手彈性理論設計計算方法[1]。在英國戈德利的節(jié)點半剛基礎上，從二維和三維的角度用有限元軟件模擬分析了模板支撐。隨后，Godley在考慮了節(jié)點非線性模型的使用基礎上，從二階幾何非線性的角度分析了模板支撐體系[2]。2000年，Yue-Lin Huang等通過對支撐架進行應變試驗，得出立桿的軸向力和與測量的橫向位移，并通過分析兩者之間的關(guān)系，產(chǎn)生一個故障模式控制桿的法律的LVDT（線性可變差動變壓器）處理。2001年，Peng等人經(jīng)過理論推導得出了支撐架構(gòu)件的位移—荷載本構(gòu)關(guān)系方程，建立了支撐架構(gòu)件的近似分析方法。2005年，Weesner和Jones通過分析幾何非線性結(jié)果，對模板支撐體系的四種結(jié)構(gòu)形式進行足尺極限承載力試驗，提出幾何非線性分析計算結(jié)果更加貼近實際試驗。2011年，Tayakon進行了碗扣式腳手架關(guān)節(jié)剛度的試驗，得到了關(guān)節(jié)剛度數(shù)據(jù)模型。通過現(xiàn)場試驗，統(tǒng)計分析了材料缺陷和幾何缺陷，給出了碗扣式腳手架幾何初始缺陷和初始偏心率的概率分布模型。2012年，Kim J.R. Rasmussen和HaoZhang等人通過研究鋼管腳手架的力學和幾何性能的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立了二階非彈性結(jié)構(gòu)分析模型，分析了該模型的可靠性。

在國內(nèi)，徐崇寶針對雙排扣件式腳手架極限承載力給出了半剛性修正系數(shù)，尹德生通過對直角扣件連接點轉(zhuǎn)動剛度進行理論分析和現(xiàn)場試驗，驗證了鋼管彈性轉(zhuǎn)動階段。陸征然等都通過轉(zhuǎn)角試驗測試了節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度，并結(jié)合曲線擬合給出了各自的轉(zhuǎn)動剛度值[1]。

2 盤扣式腳手架的工程實踐應用

盤扣式腳手架是一種基于碗扣式腳手架形成的新產(chǎn)品，具有更好的靈活性和功能性。其使用圓盤扣形成一個圓形的固定板，鋼接頭，楔形鎖定螺栓作為連結(jié)部件，其盤扣節(jié)點如圖1所示。

秦慧程和張立軍以武漢軌道交通21號線為依托工程，從滿堂支架法及膺架法兩個角度分析了盤扣式腳手架的應用形式、受力驗算等內(nèi)容，提出盤扣式腳手架具有外觀整潔美觀、安拆快速方便、受力合理、安全性高等優(yōu)點，在高架橋梁施工中已被廣泛采用，具有很好的推廣價值[3]。

扣件式、門式、碗扣式腳手架都是傳統(tǒng)的腳手架。隨著各種工藝技術(shù)的更新，產(chǎn)生了盤扣式腳手架，因其能承載更高的重量，且安全系數(shù)更高，比傳統(tǒng)腳手架更加優(yōu)秀，正在逐步推廣應用。

周雪平依托蘇州斜港大橋新項目，針對現(xiàn)澆箱梁工程，提出了相比傳統(tǒng)鋼管腳手架，盤扣式的優(yōu)勢。劉玉達和楊濤以三角形結(jié)構(gòu)單元為基礎，將盤扣式腳手架中的立桿、斜桿、橫桿等進行簡化和搭建，建立了盤扣式腳手架的穩(wěn)定三維空間架體。宋蘭祿對盤扣式腳手架施工以及安全措施進行了詳細探究，總結(jié)出盤扣式腳手架施工質(zhì)量保證措施和施工安全管理方法。武斌等人介紹了盤扣式懸挑腳手架與盤扣式落地腳手架基礎施工方法和具體要點。黎卓勤[4]等人以河池市巴馬互通A匝道跨線橋為工程實例，驗算了桿件在自重和施工人員、設備荷載作用下的穩(wěn)定性。高煒等人進行了腳手架模型試驗，檢測了盤扣式腳手架的樣品外觀質(zhì)量、尺寸、主要構(gòu)配件的力學性能等指標。于華介紹了扣式腳手架的產(chǎn)生背景，論述了盤扣式腳手架在橋梁工程中的應用[5]。魏富平針對建筑結(jié)構(gòu)升級改造需要，指出了盤扣式腳手架的施工優(yōu)勢，并介紹了具體支架施工工藝流程。

3 對比傳統(tǒng)腳手架

扣件式腳手架、碗扣式腳手架以及盤扣式腳手架作為最常用的幾種腳手架，都以其自身的特點占據(jù)著不同的市場[6]。

3.1 整體穩(wěn)定性

盤扣式腳手架將插銷插入圓盤，以此連接構(gòu)件，可確保各種類型的桿件能有效地連接在一起。而楔形形狀的插銷結(jié)構(gòu)可以使插銷在受震動等作用下更加鎖緊，提高腳手架的穩(wěn)定性。

碗扣式的立桿和剪刀撐由于采用扣件連接會留有空隙，導致剪刀撐不能與一個撐內(nèi)的所有立桿連接，進而大大降低了腳手架的穩(wěn)定性。

作為偏心連接的扣件式桿件，其荷載傳遞主要依靠抗滑力，導致扣件式腳手架整體承載力較低。

3.2 現(xiàn)場施工

盤扣式腳手架搭建簡單、效率較高，同時其構(gòu)件尺寸標準，在施工過程中容易整理、規(guī)范施工，其施工方法簡單，對工作人員技術(shù)要求不高，可以有效控制施工質(zhì)量。

碗扣式腳手架構(gòu)件尺寸固定，限制了腳手架結(jié)構(gòu)的尺寸與設計。且由于其扣件類型尺寸不統(tǒng)一，在施工現(xiàn)場容易造成亂堆亂放，影響腳手架結(jié)構(gòu)質(zhì)量，引發(fā)安全事故。

扣件式腳手架在搭建方面較為簡便靈活，但其配件較多，容易出現(xiàn)現(xiàn)場亂堆亂放現(xiàn)象，引發(fā)安全事故。

3.3 經(jīng)濟性

碗扣式和扣件式腳手架是使用了許多年的成熟施工工藝，在經(jīng)歷了多年的市場競爭后，兩種腳手架的價格相對趨于穩(wěn)定和標準，所以這兩種腳手架的價格比盤扣式的更加穩(wěn)定標準、更有優(yōu)勢[6]。

盤扣式腳手架是一種新出現(xiàn)的體系，其生產(chǎn)還較少，市場沒有飽和，市場價格也不夠穩(wěn)定標準，缺少相應規(guī)范，因此其構(gòu)件采購價格較高。但盤扣式腳手架因其高效的施工效率，能在一定程度上降低施工時的工期成本。同時，盤扣式腳手架現(xiàn)場施工不會產(chǎn)生構(gòu)件亂堆亂放現(xiàn)象，可提高施工安全性，在一定程度上節(jié)約施工成本。

4 結(jié)語

通過查閱大量盤扣式腳手架相關(guān)文獻，可以明顯看出，盤扣式腳手架相關(guān)研究內(nèi)容主要集中在工程實踐應用方面，且因為其優(yōu)點，盤扣式腳手架正在逐漸被推廣使用。

盤扣式腳手架搭設隨意性小、需要工人具備一定的專業(yè)操作能力，人工成本較高。因此，如何加大盤扣式腳手架的推廣使用，是一個有待解決的難題。

隨著各類工程建筑的要求越來越高，其相應的輔助施工措施要求也越來越高，仍需進一步研究探討新型腳手架結(jié)構(gòu)。

參考文獻

[1] 徐燦.承插型盤扣式超厚模板支撐體系整體承載力研究[D].重慶：重慶大學，2015.

[2] 陳建.門式鋼管模板支架受力性能研究[D].長沙：中南大學，2010.

[3] 秦慧程，張立軍.淺析盤扣式腳手架在高架現(xiàn)澆梁中的應用[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2018（12）：143-144.

[4] 黎卓勤，青志剛，黃凱科.盤扣式腳手架在現(xiàn)澆橋梁施工中的計算及應用[J].西部交通科技，2019（3）：84-86.

[5] 朱懷銀.盤扣式支架在鐵路工程橋梁施工中的應用[J].上海鐵道科技，2017（3）：71-72，81.

[6] 王森林，王星嶼，項凱，等.幾種常用腳手架支撐體系應用比選分析[J].科技資訊，2019，17（22）：71-72.