附著升降式腳手架構件性能試驗研究*

林 冰，張志超，張連魁，郝海濤，張 磊

(1.中國建筑股份有限公司技術中心，北京 101300；2.中建工程產(chǎn)業(yè)技術研究院有限公司，北京 101300；3.中國建筑第八工程局有限公司，上海 200120；4.北京韜盛科技發(fā)展有限公司，北京 101104)

0 引言

自附著式升降腳手架應用以來，發(fā)生了不少坍塌事故。產(chǎn)品質量不合格、施工管理不當、設計不當?shù)榷家自斐砂踩鹿?。傳統(tǒng)附著式升降腳手架構件設計及使用以經(jīng)驗為主，缺少試驗研究作為基礎。本文對附著式升降腳手架防護網(wǎng)片進行耐沖擊試驗，對走道板進行靜載試驗，對附墻支座進行防傾、防墜、頂撐試驗，研究關鍵構件的連接性能、極限承載力和正常使用荷載，為附著式升降腳手架的應用提供試驗基礎，規(guī)范其應用。

1 防護網(wǎng)片耐沖擊試驗

1.1 試驗方案

考慮附著式升降腳手架常用防護網(wǎng)尺寸、加載重物及高度的選取，確定試件規(guī)格為1 200mm×1 970mm，如圖1所示。按常規(guī)連接，網(wǎng)片四邊與龍骨連接，采用自攻釘固定，龍骨尺寸為20mm×20mm×1.5mm，防護網(wǎng)采用固定卡與試驗工裝連接，其試驗邊界與網(wǎng)片實際受力狀態(tài)相符。采用50kg圓柱沙袋進行加載，底面直徑為550mm，加載重物距試件垂直高度H取2 000mm， 如圖2所示。

圖1 耐沖擊試驗試件

圖2 耐沖擊試驗加載示意

網(wǎng)片開孔形狀分為圓形、四邊形、六邊形3種，根據(jù)開孔率設計鋼制網(wǎng)片，每種網(wǎng)片厚0.5，0.7mm，共22個試件，如表1所示。表1中CJ表示沖擊試驗，Y，F(xiàn)，LB分別表示開孔形狀為圓形、方形和六邊形，YS表示原始開孔對照試件，CP表示成品。

表1 網(wǎng)片沖擊試驗試件統(tǒng)計

1.2 試驗結果及分析

由于試件縱向邊框較長，試驗后部分會變形，而橫向邊框變形較小可忽略?？v向變形包括網(wǎng)片和邊框總的變形，橫向變形為網(wǎng)片本身的變形。試驗結果如表2所示(表中未列出無效試驗構件的結果)。

由表2可知，同種開孔形狀、不同厚度試件，厚度越大，變形越小，且破壞試件中0.5mm厚試件較多。網(wǎng)片沖擊試驗結果如圖3所示，由圖3a～3c可知，開孔率越大，試件變形越大。

表2 網(wǎng)片沖擊試驗結果統(tǒng)計

由如圖3d可知，開孔率相同情況下，開孔形狀不同，試件抵抗變形的能力不同，六邊形開孔試件變形最小，方孔試件次之，圓孔試件變形最大。

圖3 網(wǎng)片沖擊試驗結果

試件CJ-LB-55-7，CJ-Y-43-7，CJ-F-44-7變形基本相等，即相同厚度情況下，開孔率為55%的六邊形開孔網(wǎng)片與開孔率為43%的圓形開孔網(wǎng)片、開孔率為44%的方形開孔網(wǎng)片性能相當。

2 走道板靜載試驗

2.1 試驗方案

試驗分為底腳板和通用走道板，如圖4所示。

圖4 走道板示意

邊框采用∟63×40×4，∟50×32×4，次龍骨采用∟30×30×3，面板厚1.5mm。根據(jù)走道板實際使用情況，取柱間凈跨為2 000mm的走道板作為試驗對象，即1塊標準走道板(長2 000mm)與非標走道板(長200mm)通過5個M16螺栓連接。共進行12次試驗，試件匯總如表3所示。

采用量程為50t的作動器進行單向加載，兩端采用單向鉸實現(xiàn)鉸接邊界條件；采用分配梁進行加載，在走道板5等分位置焊接角鋼作為加載點，等效均布加載，加載裝置如圖5所示。

試件名稱邊框角鋼/mm試件數(shù)量DJB-2000-50∟50×32×43DJB-2000-63∟63×40×43TB-2000-50∟50×32×43TB-2000-63∟63×40×43

圖5 試驗加載裝置

2.2 試驗結果及分析

加載初期，走道板跨中緩慢出現(xiàn)下?lián)?，標準走道板與拼接走道板連接位置緊密貼合，立桿下接頭與走道板連接良好，無明顯變形；隨著荷載繼續(xù)增加，走道板跨中逐漸出現(xiàn)明顯下?lián)?，拼接走道板邊緣發(fā)生明顯屈曲變形，走道板拼接位置出現(xiàn)拉開裂縫，且裂縫逐漸增大；加載到極限荷載時，邊框角鋼跨中撕裂，且發(fā)生畸變屈曲。

底腳板試驗較穩(wěn)定，2組試驗加載過程中荷載-位移曲線較接近，極限荷載也接近，如圖6所示。∟50×32×4底腳板3次試驗極限荷載分別為20.2，19.3，18.2kN，平均值為19.2kN，即14.55kN/m2；∟63×40×4底腳板3次試驗極限荷載分別為32.7，31.7，32.5kN，平均值為32.3kN，即24.47kN/m2。底腳板邊框從∟50×32×4變?yōu)楱N63×40×4，承載力提高68.2%。

圖6 底腳板荷載-位移曲線

通用走道板試驗極限承載力較離散，2組試驗均有1個構件承載力遠大于其他2個構件，視為離散構件。去掉該離散構件后，荷載-位移曲線如圖7所示，∟50×32×4通用走道板2次試驗極限荷載分別為13.1，12.3kN，平均值為12.7kN，即9.62kN/m2；∟63×40×4通用走道板2次試驗極限荷載分別為13.1，15.7kN，平均值為14.4kN，即10.9kN/m2。通用走道板邊框從∟50×32×4變?yōu)楱N63×40×4，承載力提高13.3%。

圖7 通用走道板荷載-位移曲線

∟50×32×4底腳板承載力比通用走道板高51.2%；∟63×40×4底腳板承載力比通用走道板高124.4%。這主要是由于通用走道板受力過程中兩端可繞支座螺栓旋轉，約束類似鉸接；而底腳板兩端約束較強，受力過程中兩端支座底部類似剛接。建議在通用走道板上表面支座立柱位置焊接1對三角肋板，類似底腳板支座做法，可顯著提高通用走道板的承載力。

根據(jù)JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全技術規(guī)范》，平臺板容許撓度為L/150=13.3mm。容許撓度下走道板最大承載力如表4所示。底腳板邊框采用∟50×32×4能滿足使用要求，建議通用走道板邊框采用∟63×40×4。

表4 容許撓度下走道板最大承載力

3 附墻支座防傾、防墜和頂撐試驗

3.1 試驗方案

附墻支座試驗如圖8所示，上支座為測試支座，下支座為輔助支座，用于固定導軌，導軌長2 500mm。 防傾支座測試時，上支座僅包含防傾裝置，下支座安裝頂撐，用于固定導軌；防墜支座測試時，上支座安裝防墜擺塊，下支座僅包含防傾裝置；頂撐支座測試時，上支座安裝頂撐，下支座僅包含防傾裝置。防傾、防墜和頂撐各做2次試驗。附墻支座如圖9所示。

圖8 附墻支座試驗示意

圖9 附墻支座

加載裝置如圖10所示，采用量程為50t的作動器進行單向分級加載，每級加載10kN，接近極限荷載70%后，改為按每級5kN加載，直至試件破壞。

圖10 附墻支座試驗加載示意

3.2 試驗結果及分析

防傾試驗加載初始階段，試件整體形態(tài)良好，支座、導軌及連接位置無明顯初始缺陷。隨著荷載增加，導軌發(fā)生明顯彎曲，達到極限荷載時，導軌三角撐斷裂。

防墜支座和頂撐支座試驗加載初始階段，試件整體形態(tài)良好，支座、導軌及連接位置無明顯初始缺陷。隨著荷載增加，導軌沿水平方向略有位移，加載至約100kN時，防墜支座防墜擋塊突然斷裂，頂撐支座頂撐螺栓發(fā)生較大彎曲變形。

防傾、防墜、頂撐試驗中支座極限荷載平均值分別為49，100，100kN，荷載-位移曲線如圖11所示。考慮2倍荷載沖擊系數(shù)，在實際使用過程中單個防傾支座承受的傾覆荷載應控制在22kN以內(nèi)，單個防墜和頂撐支座承受的豎向荷載應控制在50kN以內(nèi)。

圖11 附墻支座防傾、防墜和頂撐試驗荷載-位移曲線

4 結語

1)防護網(wǎng)片試件中破壞的基本為0.5mm厚試件，建議采用0.7mm厚網(wǎng)片；開孔率越大，變形越大，開孔率相同的情況下，六邊形開孔試件變形最小，方孔試件次之，圓孔試件變形最大，建議網(wǎng)片開孔形狀采用六邊形。

2)邊框為∟50×32×4變?yōu)楱N63×40×4的底腳板極限均布荷載平均值分別為14.55，24.47kN/m2，底腳板邊框從∟50×32×4變?yōu)楱N63×40×4，承載力提高68.2%；邊框為50號和63號不等邊角鋼的通用走道板板極限均布荷載平均值分別為9.62，10.9kN/m2，通用走道板邊框從∟50×32×4變?yōu)楱N63×40×4，承載力提高13.3%。

3)容許撓度下，邊框為∟50×32×4，∟63×40×4的底腳板最大承載力平均值分別為8.1，10.6kN，邊框為∟50×32×4，∟63×40×4的通用走道板最大承載力平均值分別為5.2，7.5kN。底腳板邊框采用∟50×32×4能滿足使用要求，建議通用走道板邊框采用∟63×40×4。

4)根據(jù)JGJ 202—2010《建筑施工工具式腳手架安全技術規(guī)范》規(guī)定，支座考慮2倍荷載沖擊系數(shù)，在實際使用過程中單個防傾支座承受的傾覆荷載應控制在22kN以內(nèi)，單個防墜和頂撐支座承受的豎向荷載應控制在50kN以內(nèi)。