扣件式鋼管模板支撐架立桿承載力的影響因素分析

李崢　張晉鋒

摘 要：隨著科技的進(jìn)步和工業(yè)文明的不斷發(fā)展，扣件式鋼管支撐架已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用于各類模板支架系統(tǒng)當(dāng)中，它的使用與設(shè)計(jì)直接關(guān)系到施工的質(zhì)量和安全。盡管行業(yè)內(nèi)的規(guī)范性文件對(duì)扣件式鋼管模板支撐架已經(jīng)有了部分規(guī)定，但是許多學(xué)者依舊認(rèn)為當(dāng)前所使用的這些方法并不完善，仍然會(huì)對(duì)模版支撐架的使用安全造成隱患。

關(guān)鍵詞：扣件式鋼管模版；支撐架；立桿；承載力

引言

扣件式鋼管模板支撐體系是指，使用扣件將鋼管固定在一起，從而形成一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，由此來承載多種荷載作用的臨時(shí)性支撐體系。雖然只是一種臨時(shí)性的支持系統(tǒng)，卻在例如混凝土結(jié)構(gòu)等諸多工程施工中有著極為重要的地位，該支持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性同樣也是保證工程質(zhì)量的關(guān)鍵問題。

1 立桿排列平面形狀對(duì)單立桿穩(wěn)定承載力的影響

在扣件式鋼管模版支撐架的搭建中，搭建質(zhì)量（如搭設(shè)過程中橫向沒有垂直等）、桿件的初始缺陷（如斷面偏差、鋼管的初始彎曲以及銹蝕等）、把扣件與鋼管的實(shí)際質(zhì)量以及立桿與水平桿連接節(jié)點(diǎn)的扣件松緊程度等問題統(tǒng)稱為廣義上的初期缺陷，用假想的水平力替代支撐系統(tǒng)初期缺陷對(duì)于高支模架體的穩(wěn)定承載力的影響[1]。伴隨著初期缺陷的增多，支撐架穩(wěn)定承載力了不斷下降，而且降低趨勢(shì)明顯。所以，只有嚴(yán)格遵照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行施工，控制并調(diào)整好支撐體系的初期曲線，才能保證支架的穩(wěn)定與安全。

另外，許多情況下，支架的初期缺陷難以量化準(zhǔn)確，無法給出一個(gè)確定的數(shù)值作為計(jì)算依據(jù)，因此，只有采取嚴(yán)格控制搭設(shè)質(zhì)量嚴(yán)格和搭設(shè)材料，加強(qiáng)管理等方法對(duì)此類問題加以解決。

1.1 無水平向及豎向剪刀撐時(shí)模板支架的穩(wěn)定承載力

在立桿平面布置成正方形且將其縱橫向跨數(shù)逐步遞增的情況考慮進(jìn)來，可以發(fā)現(xiàn)，隨著縱橫向跨數(shù)（平面邊長(zhǎng)）的增加，一根立桿的穩(wěn)定承載力也逐步增加。其原因是因?yàn)殡S著縱橫跨數(shù)增大，給予中間位置立桿的約束也同時(shí)增大。

但是，當(dāng)立桿布置不為正方形時(shí)且跨數(shù)沒有逐漸遞增時(shí)，每根立桿其穩(wěn)定承載能力取決于短邊邊長(zhǎng)，而且它的穩(wěn)定承載力與以短邊邊長(zhǎng)為長(zhǎng)度的正方形架體系統(tǒng)立桿的穩(wěn)定承載能力相同。在上述兩種情況下，支撐系統(tǒng)失穩(wěn)時(shí)的彎曲方向垂直于長(zhǎng)邊方向。

1.2 水平向及豎向剪刀撐對(duì)支撐系統(tǒng)的影響

如果依照要求進(jìn)行水平向和豎向的剪刀撐，假定每個(gè)桿件與剪刀撐之間的聯(lián)結(jié)點(diǎn)作為交接點(diǎn)，計(jì)算后會(huì)發(fā)現(xiàn)，與無剪刀撐的情況相比，支撐體系中立桿穩(wěn)定承載能力有顯著的上升。

假定考慮平面尺寸大小的影響，經(jīng)過比較會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)平面尺寸增大時(shí)，立桿的存在數(shù)量也會(huì)增多。雖然水平及豎向的剪刀撐也在不斷增多，但是平均看來，剪刀撐對(duì)于支架中每根立桿的約束作用會(huì)不斷減小[2]。但是，在支撐系統(tǒng)立桿跨數(shù)的數(shù)量增大到一定范圍時(shí)，剪刀撐的增加又會(huì)讓每根立桿所受到的約束變多。另外，當(dāng)立桿的平面設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方形時(shí)，各立桿的未定承載能力會(huì)低于以短邊為正方形的支撐體系，與其邊長(zhǎng)為正方形的架體相當(dāng)。

2 構(gòu)造要求對(duì)立桿穩(wěn)定承載力的影響

2.1 水平剪刀撐的影響

在鋼架模型下，如果不添加水平剪刀撐，則立桿的穩(wěn)定承載力可以達(dá)到68000N，但隨著添加水平剪刀撐的層數(shù)的不斷增多，支撐體系的立桿的穩(wěn)定承載力也會(huì)出現(xiàn)小幅的穩(wěn)定上升。當(dāng)實(shí)現(xiàn)每層都添加水平剪刀撐的條件下，扣件式鋼管模板支撐架的立桿的穩(wěn)定承載力增長(zhǎng)為70050N，與之前相比僅上升了百分之三。由此可見，扣件式鋼管模板支撐架立桿的穩(wěn)定承載能力與水平剪刀撐的數(shù)量并沒有實(shí)質(zhì)性的關(guān)系。

2.2 掃地桿的影響

在取消全部掃地桿，并且不考慮水平向及豎向剪刀撐的影響時(shí)，分別對(duì)高度不同的架體進(jìn)行計(jì)算后會(huì)發(fā)現(xiàn)，在此類情況下，支撐體系的高度對(duì)于立桿穩(wěn)定承載力的計(jì)算并沒有很大的影響。在架體破壞失穩(wěn)時(shí)，變形彎曲都基本上只發(fā)生在靠近地面的第一層，該體系的穩(wěn)定承載能力僅僅達(dá)到了帶掃地桿支撐體系的三分之一。

如果，只考慮在支撐體系的一個(gè)方向設(shè)置掃地桿，之后再對(duì)上述情況進(jìn)行相同的分析計(jì)算后會(huì)發(fā)現(xiàn)，無論支撐體系處于那種高度，其立桿穩(wěn)定承載的能力都不會(huì)增加，等同于沒有安裝掃地桿時(shí)的承載能力，不同僅在于立桿失穩(wěn)彎曲是的方向轉(zhuǎn)為垂直于掃地桿。

2.3 豎向剪刀撐的影響

假設(shè)，僅將豎向剪刀撐坐在支撐體系的兩個(gè)對(duì)面，經(jīng)過計(jì)算后會(huì)發(fā)現(xiàn)，該體系中立桿穩(wěn)定承載能有所上升，但上升數(shù)值不到百分之二。但是，如果在支撐體系的四面都附加豎向剪刀撐，那么立桿豎向的穩(wěn)定承載能力與不加時(shí)比較上升了百分之二十三。由此可見，豎向剪刀撐對(duì)于扣件式鋼管模板支撐架中立桿的穩(wěn)定承載能力有極大的提升和顯著而對(duì)影響。

2.4 水平剪刀撐與豎向剪刀撐之間的相互作用

在支撐體系四面都附加豎向剪刀撐的狀態(tài)下，如果將水平剪刀撐的數(shù)量繼續(xù)增加，那么整個(gè)支撐體系中立桿的穩(wěn)定承載能力也會(huì)逐步提升，但在數(shù)值的變化上很小，當(dāng)按照每?jī)刹讲贾靡粚拥囊?guī)范布置時(shí)，其穩(wěn)定承載能力的增加量也僅為百分之四[3]。由此可見，架體立桿的穩(wěn)定承載能力并不會(huì)受水平剪刀撐的太大影響。

3 影響扣件式鋼管支撐架立桿承載力的其他因素及解決方法

3.1 工程質(zhì)量因素

依據(jù)工程項(xiàng)目管理理論，影響工程質(zhì)量的因素可以分為環(huán)境的不利影響、人的不安全因素和物的不安全狀態(tài)。因此，在搭設(shè)扣件式鋼管模板支撐架的過程中，不光要關(guān)注技術(shù)方面的問題，同時(shí)也不能忽略種種環(huán)境因素和管理環(huán)節(jié)對(duì)支撐體系穩(wěn)定性的影響。無序的管理和混亂的秩序常常是導(dǎo)致事故發(fā)生的重要誘因。

所以，在搭設(shè)扣件式鋼管模板支撐架前首先要編制專項(xiàng)的方案、計(jì)算書等等，必要的時(shí)候可以請(qǐng)專家前往論證，在得到相關(guān)單位、部門審批后才可進(jìn)入實(shí)際搭建。另外，在混凝土澆筑和扣件式鋼管模版支撐架搭設(shè)的過程中，必須嚴(yán)格按照法規(guī)條文和方案施工，同時(shí)還要保證隨時(shí)監(jiān)控支撐體系的穩(wěn)定，發(fā)現(xiàn)隱患應(yīng)該及時(shí)排除。

3.2 其他風(fēng)險(xiǎn)因素

每當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目投入營(yíng)運(yùn)之前，必然要經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)衡量的過程。在這個(gè)過程中，風(fēng)險(xiǎn)被具體的量化為了關(guān)于損失嚴(yán)重性和發(fā)生概率的函數(shù)，同時(shí)與風(fēng)險(xiǎn)量進(jìn)行相對(duì)的比較，從而確定該風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重性。從等級(jí)上，風(fēng)險(xiǎn)量可以分為：很小、小、中等、大和很大五個(gè)等級(jí)。在扣件式鋼管模版支撐架的搭設(shè)過程當(dāng)中，有很多風(fēng)險(xiǎn)都能達(dá)到大或很大的等級(jí)。因此，對(duì)于扣件式鋼管模版支撐架中所存在的各類問題都應(yīng)該加以重視，同時(shí)也要強(qiáng)化控制和管理，將隱患扼殺于搖籃中。

扣件式鋼管模板支撐架的搭設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜且系統(tǒng)的工程，在搭設(shè)的過程當(dāng)中稍有疏忽都會(huì)對(duì)支撐架整體的安全產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重的更有可能引發(fā)架體的倒塌。盡管在相關(guān)的規(guī)章制度中對(duì)于立桿穩(wěn)定等各方面問題都有要求，但是，對(duì)于剪刀撐的規(guī)定也僅僅是停留在對(duì)于構(gòu)造的控制上。由于剪刀撐的設(shè)置直接影響到模板支撐體系的安全，所以在施工中對(duì)于剪刀撐的設(shè)置同樣要加以重視，必要時(shí)也可添加到相關(guān)的法律條文當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)

[1]余宗明，新型腳手架的結(jié)構(gòu)原理及安全應(yīng)用[M].北京；中國鐵道出版社，2010.

[2]曾凡奎，李昌華，李新聞，胡長(zhǎng)明.扣件式鋼管高大模板支架整體穩(wěn)定性試驗(yàn)研究[J].2009.

[3]王靜，蔣明，扣件式鋼管模板支架剪刀撐研究[J].2009.