懸挑腳手架可調(diào)式拉桿抗拉性能試驗(yàn)分析

蔣利華 楊虹 陳會(huì)銀 朱祥波

摘要：為探究懸挑腳手架可調(diào)拉桿抗拉性能，充分發(fā)揮拉桿第二道安全保障功能，對(duì)3.231 m長(zhǎng)拉桿研發(fā)一套試驗(yàn)裝置，并進(jìn)行四根拉桿的拉伸試驗(yàn)。試件通過(guò)改變調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)度與內(nèi)外套筒連接處焊接質(zhì)量，以及在外套筒開(kāi)孔等方式，測(cè)試?yán)Ψ逯?、拉桿水平位移指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，拉桿的總長(zhǎng)度不變，只改變調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)度，對(duì)拉桿的峰值強(qiáng)度無(wú)明顯影響；改變焊縫質(zhì)量，以及在外套筒開(kāi)孔，對(duì)拉桿的峰值強(qiáng)度影響顯著。并通過(guò)0.7 m長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)拉桿進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，可見(jiàn)試驗(yàn)有效。

關(guān)鍵詞：可調(diào)拉桿； 抗拉性能； 焊縫質(zhì)量； 拉力峰值

中圖分類號(hào)：TU731.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

四川某在建住宅項(xiàng)目，由6棟27層的高層建筑組成，層高3 m，建筑高度82 m，采用鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。施工采用可調(diào)式懸挑腳手架，結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。懸挑型鋼梁采用20a工字鋼，外挑1.2 m，沿豎向間距3 m、水平間距6 m布置。型鋼梁上滿鋪木板，外側(cè)安裝0.2 m高踢腳板和1.2 m高的水平防護(hù)欄桿與密目式安全網(wǎng)。通過(guò)3.231 m長(zhǎng)的拉桿連接懸挑鋼梁，拉桿由兩根調(diào)節(jié)桿和一根套筒組成，調(diào)節(jié)桿包括螺桿和卡環(huán)，套筒又分為內(nèi)套筒和外套筒。螺桿直徑24 mm，卡環(huán)孔徑25 mm，端頭半徑30 mm，寬60 mm。內(nèi)套筒內(nèi)徑24 mm，壁厚9 mm；外套筒外徑48 mm，壁厚3 mm。螺桿與卡環(huán)采用焊接連接，焊接長(zhǎng)度40 mm；內(nèi)套筒與螺桿采用絲扣連接，與外套筒采用焊接連接。

傳統(tǒng)現(xiàn)澆懸挑結(jié)構(gòu)采用鋼絲繩＋懸挑型鋼梁的模板方式來(lái)完成施工［1］。鑒于目前尚缺少拉桿大于3 m的整體拉伸性能研究，且普通的拉力試驗(yàn)機(jī)無(wú)法滿足試驗(yàn)量程要求，為此本課題組設(shè)計(jì)了一套拉桿試驗(yàn)裝置，探索可調(diào)式拉桿的受力性能與破壞特點(diǎn)，以期為工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1試驗(yàn)設(shè)備

設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖2，中間采用兩根Q345B 20a工字鋼鋼橫梁形成傳力骨架，兩端通過(guò)25 mm厚鋼板將兩根橫梁焊接成箱體。橫梁凈間距為100 mm，均采用20a工字鋼。左端采用30 t千斤頂對(duì)拉桿施力，右端采用直徑25 mm銷(xiāo)栓固定。調(diào)節(jié)桿一端與套筒連接，另一端與銷(xiāo)栓連接。為監(jiān)測(cè)拉桿在受力時(shí)的變形，垂直于桿軸安裝6個(gè)百分表，分別位于左右調(diào)節(jié)桿及套筒兩端。

1.2試件設(shè)計(jì)

選取4根拉桿，主要參數(shù)見(jiàn)表1。試件1與試件2焊接質(zhì)量相同，但拉桿總長(zhǎng)度不同。試件1與試件3拉桿總長(zhǎng)度接近，但內(nèi)外套筒焊接質(zhì)量不同，明顯試件3焊接質(zhì)量?jī)?yōu)于試件1。試件1和試件4參數(shù)相近，僅在試件4的外套筒開(kāi)孔。

1.3加載試驗(yàn)

首先施加35 kN［2］拉力進(jìn)行調(diào)直，檢查各試件是否正常，并量測(cè)拉桿初始長(zhǎng)度。然后第一級(jí)與第二級(jí)加載值均為

15 kN，第三級(jí)及以后每級(jí)加載值均為10 kN，每級(jí)持荷10 min，直到拉桿破壞時(shí)終止試驗(yàn)。

1.4試驗(yàn)結(jié)果

（1）分級(jí)加載試驗(yàn)初期，拉桿水平位移變化不明顯，當(dāng)加載到75 kN時(shí)開(kāi)始出現(xiàn)明顯位移，直至構(gòu)件破壞，拉力峰值及調(diào)節(jié)桿變形量見(jiàn)表2。

（2）試件1、試件2、試件3破壞點(diǎn)均在內(nèi)外套筒焊縫連接處。

（3）試件4破壞點(diǎn)在外套筒開(kāi)孔處。

1.5結(jié)果分析

（1）試件1與試件2改變拉桿總長(zhǎng)度，拉力峰值接近，由此得出改變調(diào)節(jié)桿的長(zhǎng)度對(duì)拉桿的承載力無(wú)明顯影響。

（2）試件3拉力峰值151 kN，試件1拉力峰值80.4 kN。試件3的焊接質(zhì)量好，其承受拉力峰值大，故焊縫質(zhì)量是保證拉桿整體受力的關(guān)鍵因素［3］。

（3）試件4破壞點(diǎn)在外套筒開(kāi)孔處，表現(xiàn)為應(yīng)力集中引起的破壞，故套筒質(zhì)量缺陷也是影響拉力峰值的原因。

（4）各試件破壞時(shí)，拉桿水平位移均未超過(guò)規(guī)范允許限值，故位移可不作為實(shí)際工程重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)。

工程結(jié)構(gòu)蔣利華， 楊虹， 陳會(huì)銀， 等： 懸挑腳手架可調(diào)式拉桿抗拉性能試驗(yàn)分析

1.6對(duì)比試驗(yàn)

為驗(yàn)證試驗(yàn)裝置的有效性，采用0.7 m長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)拉桿在液壓伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，見(jiàn)圖3。一次性加載，直至試件破壞。試驗(yàn)結(jié)果表明，破壞位置仍為內(nèi)外套筒焊縫連接處（圖4），最大拉力峰值71.2 kN，與試件1的拉力峰值接近，證明試驗(yàn)有效。

2拉桿理論計(jì)算

懸挑型鋼梁與剪力墻連接端視為剛接，與拉桿連接端視為鉸接。受荷范圍按1.2 m×6.0 m考慮，承受均布線荷載和集中荷載。驗(yàn)算時(shí)荷載標(biāo)準(zhǔn)值取值：恒載21 kN/m、活載12 kN/m、集中荷載2 kN，計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)梁端允許最大變形為6 mm［4］時(shí)（圖6），此時(shí)拉桿承受的最大軸力為145 kN，與試件3的實(shí)驗(yàn)拉力峰值151 kN接近，表明理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值相吻合。

3結(jié)論

（1）結(jié)合4根拉伸試驗(yàn)和鋼拉桿規(guī)范的基礎(chǔ)上，提出了一套測(cè)試可調(diào)拉桿整體抗拉性能的試驗(yàn)裝置，結(jié)果表明試驗(yàn)裝置有效。

（2）由于破壞時(shí)的拉力值遠(yuǎn)小于鋼拉桿的軸心抗拉強(qiáng)度承載力，變形量遠(yuǎn)小于規(guī)范允許6 mm，故實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注連接部位的焊接質(zhì)量有效性和可靠性，充分發(fā)揮拉桿對(duì)懸挑型鋼梁的第二道防線的安全保障作用，防止類似腳手架工程倒塌事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

［1］柳利麗.可調(diào)長(zhǎng)度剛性拉桿在超長(zhǎng)懸挑模板支撐架中的應(yīng)用［J］.江蘇建筑，2016（1）：71-72，81.

［2］中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).鋼拉桿：GB/T 20934-2016 ［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

［3］喬桂英，劉雨萌，韓秀林，等.焊縫幾何尺寸對(duì)鋼管承載能力影響的模擬分析［J］.焊接學(xué)報(bào)，2017（3）：33-36.

［4］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB 50017-2017［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018.

［課題項(xiàng)目］教育部春暉計(jì)劃合作項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：192647）

［作者簡(jiǎn)介］蔣利華（1992—），女，本科，工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ锏臋z測(cè)與鑒定；楊虹（1972—），女，碩士，副教授，研究方向?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑物的檢測(cè)與鑒定;陳會(huì)銀（1982—），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ锏臋z測(cè)與鑒定;朱祥波（1992—），男，專科，工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ锏臋z測(cè)與鑒定。