鋼管扣件式滿堂腳手架承載性能試驗探討

李玉賓

(貴州逢源恒通工程項目管理咨詢有限公司，貴州 貴陽 550001)

0 引 言

在建筑施工過程中，施加在滿堂腳手架頂層水平桿上的上部荷載通過連接扣件傳遞至立桿，而且頂部荷載施加方式可能存在偏心問題。此外，當滿堂腳手架架體頂端堆放較多建筑材料、施工設(shè)備、預制構(gòu)件時，其堆載區(qū)域和架體重心之間也會產(chǎn)生較大偏心距，增大滿堂腳手架發(fā)生局部桿件超載失穩(wěn)甚至架體倒塌的可能性。而且，若所使用扣件擰緊力矩不達標，扣件承載力下降，質(zhì)量低下，則在建筑施工過程中，滿堂腳手架上部施工荷載形式將更加復雜，期間會發(fā)生扣件松動、滑脫、斷裂、螺栓變形、拉斷，導致扣件失效，超高滿堂腳手架傾斜坍塌?？梢姡M行滿堂腳手架扣件失效假設(shè)下承載性能的分析十分必要。本文正是基于以上所提到的兩種偏心情況，以位于貴陽市觀山湖區(qū)云潭南路與興筑路交界處的某大型住宅樓項目為依托，進行鋼管扣件式滿堂腳手架承載性能的試驗探討。

1 試驗設(shè)計

本試驗所用鋼管扣件均取自施工現(xiàn)場，并任意抽取3根鋼管進行材料性能試驗，針對施工過程中腳手架頂部會出現(xiàn)局部堆載施工設(shè)備、材料等情況，選擇腳手架頂部全區(qū)域施加荷載和半?yún)^(qū)域施加荷載的兩種荷載施加方式。而且，腳手架在建筑施工過程中屬于使用非常頻繁的工具設(shè)備，部分扣件松動、破壞失效的不利工況較為常見，所以在試驗中人為隨機選擇20%的直角扣件使其螺栓扣件完全松開并失效。與此同時，還考慮到剪刀撐旋轉(zhuǎn)扣件破壞進而使剪刀撐失效的工況[1]。

本試驗主要進行以上九種工況下滿堂腳手架承載性能試驗。試驗過程中，將千斤頂所施加的集中荷載通過4臺液壓千斤頂、2道分配梁均勻傳遞至滿堂腳手架頂層橫向水平桿。在九種工況下，試驗模型步距均為1.8 m，立桿設(shè)置間距均為1.3 m×1.3 m，腳手架高寬比均為2，架高8.00 m，荷載施加方式[2]具體見表1。

表1 九種工況下荷載施加方式

2 試驗過程及結(jié)果

2.1 試驗過程

(1) 當全部剪刀撐和扣件均處于完好狀態(tài)時，在滿堂腳手架頂部全區(qū)域施加荷載，則模型會表現(xiàn)出整體性失穩(wěn)，且滿堂腳手架立桿均沿剛度較小方向表現(xiàn)出“S”形變形，變形波長為步距的2.0倍；“S”形曲線的反彎點主要位于剪刀撐中間層，在反彎點以上立桿表現(xiàn)出較大的側(cè)向變形，而反彎點以下則側(cè)向變形小。

(2) 20%的直角扣件處于失效狀態(tài)后，在滿堂腳手架頂部全區(qū)域施加荷載，則模型發(fā)生整體失穩(wěn)，扣件失效處的立桿表現(xiàn)出沿剛度較小方向的“S”形變形和側(cè)向位移。

(3) 在滿堂腳手架頂部半?yún)^(qū)域施加荷載時，千斤頂正下方水平桿表現(xiàn)出十分明顯的豎向變形，且周圍立桿頂部也出現(xiàn)較大側(cè)向位移，整體上表現(xiàn)為鼓曲形式的失穩(wěn)。滿堂腳手架結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)逆時針扭轉(zhuǎn)，且在20%直角扣件失效工況下，扭轉(zhuǎn)更加嚴重。

(4) 在模型中不設(shè)置剪刀撐以模擬水平剪刀撐連接扣件失效工況?？奂旰脮r，滿堂腳手架頂部全區(qū)域施加荷載的情況下，模型表現(xiàn)出整體失穩(wěn)，且各立桿沿剛度較弱方向發(fā)生大波變形。而滿堂腳手架頂部半?yún)^(qū)域施加荷載時，腳手架整體表現(xiàn)出比頂部全區(qū)域施加荷載更嚴重的扭轉(zhuǎn)變形。20%直角扣件失效且模型失穩(wěn)時，頂角立桿和豎向剪刀撐連接處直角扣件發(fā)生崩裂破壞，導致與之相連的豎向剪刀撐失效。

(5) 全部剪刀撐均失效(即在模型中不設(shè)置剪刀撐)，當扣件處于完好狀態(tài)，則滿堂腳手架頂部全區(qū)域施加荷載的情況下模型表現(xiàn)出整體性失穩(wěn)，且立桿均沿剛度較小方向出現(xiàn)整體性大波鼓曲變形。

2.2 試驗結(jié)果

2.2.1 承載力試驗結(jié)果

通過模擬試驗所得出的九種工況下腳手架模型承載力結(jié)果詳見表2。根據(jù)對剪刀撐影響滿堂腳手架承載性能的分析發(fā)現(xiàn)，不管滿堂腳手架頂部荷載施加方式如何，一旦發(fā)生剪刀撐失效，腳手架承載力均會表現(xiàn)出不同程度的下降[3]。在滿堂腳手架頂部全區(qū)域施加荷載的情況下水平剪刀撐承載力降低幅度為28.94%，幾乎失效；而在20%直角扣件失效的情況下，水平剪刀撐承載力降幅為23.97%。滿堂腳手架頂部半?yún)^(qū)域施加荷載且扣件完好的情況下，水平剪刀撐承載力降幅為12.71%；而在20%直角扣件失效的情況下，承載力降幅為2.43%。為保證試驗過程的安全性及與具體施工過程的相符性，在全部剪刀撐均失效時，只分析滿堂腳手架頂部半?yún)^(qū)域施加荷載且扣件全部完好的情況，此工況下滿堂腳手架承載力比全部剪刀撐完好工況降低54.01%。

表2 九種工況下滿堂腳手架模型承載力

根據(jù)上述試驗結(jié)果，通過增強剪刀撐設(shè)置的合理性，并使其在全過程中完全有效并發(fā)揮作用，對于滿堂腳手架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及承載性能十分重要[4]。為此，在建筑施工過程中，必須加強剪刀撐各連接扣件的完整性、螺栓擰緊程度等的定期檢查，確保滿堂腳手架安全穩(wěn)定性。

2.2.2 滿堂腳手架頂部荷載施加方式的影響

根據(jù)試驗結(jié)果，當全部剪刀撐有效且扣件完好時，在滿堂腳手架頂部半?yún)^(qū)域施加荷載情況下的承載力比頂部全區(qū)域施加荷載時降低28.19%；當20%直角扣件失效，則承載力比頂部全區(qū)域施加荷載時降低42.91%。當水平剪刀撐失效且扣件完好時，滿堂腳手架頂部半?yún)^(qū)域施加荷載情況下的承載力比頂部全區(qū)域施加荷載時降低13.21%；當20%直角扣件失效，則承載力比頂部全區(qū)域施加荷載時降低27.87%。通過觀察模型發(fā)現(xiàn)，在此種不利工況下，滿堂腳手架大部分立桿發(fā)生偏轉(zhuǎn)，腳手架發(fā)生整體性失穩(wěn)。所以，在具體施工過程中，必須確保滿堂腳手架頂部荷載均勻，防止因局部堆放過多材料、設(shè)備而導致偏心距過大，對于必須堆放的施工材料必須采取有效的加固措施，并應分散堆放，避免局部荷載過于集中。

2.2.3 滿堂腳手架扣件完整性的影響

由試驗結(jié)果可知，當全部剪刀撐有效且在滿堂腳手架頂部全區(qū)域施加荷載時，如果20%直角扣件失效，則其承載力降幅為19.65%；而在滿堂腳手架頂部半?yún)^(qū)域施加荷載時，承載力降幅達36.94%。當水平剪刀撐失效且在滿堂腳手架頂部全區(qū)域和半?yún)^(qū)域施加荷載時，其承載力下降幅度分別為14.11%和28.40%?？梢?，鋼管扣件式滿堂腳手架因扣件可多次循環(huán)使用，磨損、銹蝕甚至失效的情況十分常見，且建筑結(jié)構(gòu)上部荷載形式復雜，在施工期間一旦發(fā)生扣件螺栓松動、松脫、失效，便會導致滿堂腳手架發(fā)生屈曲破壞[5]，甚至架體倒塌，必須予以重視。

3 結(jié) 論

通過本文對鋼管扣件式滿堂腳手架承載性能的模擬試驗分析，主要得出以下結(jié)論：

(1) 滿堂腳手架的荷載首先作用于水平桿，進而通過連接扣件傳遞至立桿，導致其荷載施加方式存在偏心的可能性較大；滿堂腳手架架體頂端建筑材料和設(shè)備不均勻堆放也是造成局部荷載集中和偏心的一個原因。

(2) 當滿堂腳手架搭設(shè)參數(shù)及扣件完整性相同時，其頂部全區(qū)域均布施加荷載比半?yún)^(qū)域施加荷載時承載力高，尤其在20%直角扣件失效情況下，承載力降幅小。

(3) 滿堂腳手架整體承載性能還受剪刀撐的影響，當水平剪刀撐失效，則腳手架承載力降幅在10%～20%，而當全部剪刀撐均失效，則腳手架承載力降幅在60%左右。

(4) 扣件屬于循環(huán)使用的周轉(zhuǎn)性材料，多次反復使用必然使其承載力下降，甚至在復雜上部荷載的作用下會發(fā)生部分扣件滑脫、斷裂、螺栓變形，影響滿堂腳手架整體承載性能。