步距和斜撐對(duì)滿堂扣件式鋼管腳手架承載力影響的試驗(yàn)研究

孫逸夫，陳 燕、梁 義、劉 申、李 斌（、安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 3060；、中國(guó)十七冶集團(tuán)有限公司，安徽 馬鞍山　4300）

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步距和斜撐對(duì)滿堂扣件式鋼管腳手架承載力影響的試驗(yàn)研究

孫逸夫1，陳 燕1、梁 義2、劉 申1、李 斌1
（1、安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601；2、中國(guó)十七冶集團(tuán)有限公司，安徽 馬鞍山243001）

摘要：通過(guò)在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)兩組滿堂扣件式鋼管腳手架進(jìn)行豎向加載試驗(yàn)，分別對(duì)其在不同步距和有無(wú)斜撐的狀態(tài)下的各桿件的受力性能進(jìn)行實(shí)測(cè)與分析，由試驗(yàn)知減小步距以及搭設(shè)斜撐能提高滿堂扣件式鋼管腳手架的承載力和整體穩(wěn)定性，研究結(jié)論對(duì)工程起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：腳手架，步距，斜撐，承載力

0　引　言

扣件式鋼管腳手架是上世紀(jì)60年代起在我國(guó)開始推廣的，這種腳手架具有搬運(yùn)簡(jiǎn)便，加工方便，可通用，易拆卸，維修簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)以及投入成本低等多種優(yōu)點(diǎn)。目前已經(jīng)成為我國(guó)使用最普遍以及用量最多的一種腳手架，占我國(guó)近七成以上的腳手架市場(chǎng)［1］。本文重點(diǎn)討論滿堂扣件式鋼管腳手架在豎向荷載作用下不同步距和斜撐對(duì)其承載力和架體整體穩(wěn)定性的影響，以便對(duì)工程起到借鑒作用。

1　滿堂扣件式鋼管腳手架的受力形式

滿堂扣件式鋼管腳手架屬于滿堂支撐體系的一種。該體系是一種由縱橫向水平桿及立桿用扣件連接而成的空間框架體系。立桿是主要承受豎向荷載的構(gòu)件，縱橫水平桿作為立桿的水平向支撐桿件，分擔(dān)由結(jié)構(gòu)頂部傳下的荷載，豎向斜撐是主要的側(cè)向支撐構(gòu)件，能有效地增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，抵抗水平荷載作用［2-3］。滿堂扣件式鋼管腳手架在縱橫方向是由不少于三排的立桿構(gòu)成，并與水平桿、水平斜撐、豎向斜撐等構(gòu)件通過(guò)扣件連接形成的承力支架。該架體承受澆筑混凝土的自重及施工荷載，通過(guò)樓層模板下的木枋傳遞給立桿，頂部立桿呈偏心受壓狀態(tài)［4-5］，其受力形式如圖1，試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛钤O(shè)如圖2所示。

圖1　滿堂腳手架受力形式

圖2　試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛钤O(shè)

2　試驗(yàn)裝置與方法

2.1試驗(yàn)?zāi)康?/p>

滿堂扣件式腳手架在豎向荷載作用下，根據(jù)事先粘貼在鋼管外表面的應(yīng)變片，經(jīng)換算得到相應(yīng)的內(nèi)力。根據(jù)內(nèi)力的不同分布，研究其傳力途徑，分析在豎向荷載作用下，扣件式鋼管腳手架在不同的搭設(shè)方案下架體的極限承載力和破壞模式，以分析不同步距及斜撐等腳手架構(gòu)造措施對(duì)腳手架承載力的影響。

2.2試驗(yàn)方案

滿堂扣件式鋼管腳手架搭設(shè)為3×3跨，架體高度4m，架體試驗(yàn)方案1立桿間距為0.95m，一道水平桿，步距為1.95m，在中部一個(gè)方向設(shè)置一道豎斜撐。架體試驗(yàn)方案2立桿間距為0.95m，二道水平桿，步距為1.3m，在中部2個(gè)方向各設(shè)置一道豎斜撐，研究斜撐的使用和拆除對(duì)于架體承載力的影響。

試驗(yàn)由同一油泵進(jìn)行同步靜力加載，荷載傳遞通過(guò)液壓千斤頂施加力在工字型梁上，通過(guò)工字型梁施加荷載在20mm的鋼板上，使液壓千斤頂?shù)暮奢d均勻地傳遞給試驗(yàn)?zāi)_手架加載區(qū)域，保證腳手架受到均布荷載，腳手架的荷載加載示意圖如圖3所示。

圖3　腳手架的荷載加載圖

2.2.1應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)布置

應(yīng)變片粘結(jié)在鋼管表面，具體的測(cè)點(diǎn)布置如圖4-圖13所示。

圖4　架體方案1底層應(yīng)變片布置圖

圖5　架體方案1二層應(yīng)變片布置圖

圖6　架體方案1頂層應(yīng)變片布置圖

圖7　架體方案1 （1-1）剖面應(yīng)變片布置圖

圖8　架體方案2底層應(yīng)變片布置圖

圖9　架體方案2二層應(yīng)變片布置圖

圖10　架體方案2三層應(yīng)變片布置圖

圖11　架體方案2頂層應(yīng)變片布置圖

圖12　架體方案2（1-1）剖面應(yīng)變片布置圖

圖13　架體方案2（2-2）剖面應(yīng)變片布置圖

2.2.2加載方案

由于本文主要分析扣件式鋼管腳手架的步距和斜撐對(duì)架體承載力的影響，因此，在試驗(yàn)中制定了如下三種加載方案：

（1） 架體方案1的整體加載；

（2） 架體方案2的整體加載；

（3） 架體方案2在去除2#斜撐后加載。

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1不同步距的兩組腳手架的受力分析

由架體試驗(yàn)方案1、試驗(yàn)方案2試驗(yàn)測(cè)得的各測(cè)點(diǎn)換算后的應(yīng)力值，選取同樣承受較大荷載的架體方案1中11#立桿上的測(cè)點(diǎn)，15#，6#，9#，19#，7#，12#（按測(cè)點(diǎn)位置由上往下的順序排列，下同）以及架體方案2中10#立桿上的測(cè)點(diǎn)29#，28#，25#，32#，11#，4#，5#進(jìn)行對(duì)比分析。兩立桿上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力變化圖如圖14、15所示。

圖14　架體方案1中11#立桿各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化

圖15　架體方案2中10#立桿各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化

從中選取同處于兩立桿頂端，底端大致相同位置的三組測(cè)點(diǎn)15#和29#，7#和4#，12# 和5#應(yīng)力值對(duì)比如圖16、17、18所示。

圖16　15#測(cè)點(diǎn)與29#測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化對(duì)比

圖17　7#測(cè)點(diǎn)與4#測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化對(duì)比

可以看出，在同樣的豎向荷載作用下，架體方案1中11#立桿上所有測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值均大于架體方案2中10#立桿上測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值。11#立桿部分測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值近似是10#立桿的兩倍。同樣的，在不同荷載的作用下，隨著荷載的增大，11#立桿各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力成不規(guī)則形式遞增，期間應(yīng)力值發(fā)生數(shù)次突變。而10#立桿各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值近似成線性形式穩(wěn)定遞增。通過(guò)對(duì)比可以得知，架體方案2相對(duì)于架體方案1具有更高的承載能力和穩(wěn)定性。

同時(shí)，經(jīng)計(jì)算可以得出，在立桿間距相同時(shí)（0.95 m×0.95m），步距減?。◤?.95減小到1.3m），滿堂腳手架的承載能力提高近20%，且受力規(guī)律也發(fā)生了較大變化，步距為1.95m時(shí)，中間立桿上部承受全部荷載的70%以上，由于水平桿和斜撐的作用，中間立桿下部承受全部荷載的50%左右；步距為1.3m時(shí)，中間立桿上部承受全部荷載的55%左右，而下部?jī)H為40%左右。

3.2有無(wú)斜撐狀態(tài)下同一組腳手架受力分析

架體方案2立桿間距為0.95m，步距為1.3m，拆除2#斜撐前后，立桿上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值較有斜撐的狀態(tài)下增加了5%到10%。其中，拆除2#斜撐后10#各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化如圖19所示。由圖19可看出，拆除斜撐后，25#測(cè)點(diǎn)在拆除斜撐后應(yīng)力比拆除前增加了30%到40%。與此同時(shí)，位于10#立桿兩側(cè)的水平桿上測(cè)點(diǎn)26#、27#的應(yīng)力比斜撐拆除之前增加了15%到30%。

由此可見在立桿間距、步距不變的情況下，斜撐對(duì)整個(gè)架體的受力及穩(wěn)定性有較大影響，當(dāng)去除斜撐時(shí)，中間立桿上部承受的荷載提高10%左右，立桿中部承受的荷載提高30%左右。水平桿和掃地桿所承受的荷載也有所提高，整個(gè)架體的橫向剛度明顯降低。

圖18　12#測(cè)點(diǎn)與5#測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化對(duì)比

圖19　拆除2#斜撐后10#各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化

4　結(jié)論與展望

通過(guò)搭設(shè)兩組不同步距的腳手架，分析了不同步距和斜撐對(duì)腳手架承載力的影響，得出以下結(jié)論：

（1）滿堂扣件式鋼管腳手架外部立桿承受的荷載較小，內(nèi)部立桿承受的荷載較大。在其他條件相同的情況下，就本試驗(yàn)步距減小0.65m，腳手架整體承載力提升近20%。減小腳手架的步距，可以顯著提高腳手架內(nèi)部立桿的承載能力，在腳手架的搭設(shè)過(guò)程中，應(yīng)避免出現(xiàn)步距過(guò)大的情況。

（2）在其它條件相同的情況下，減少一道斜撐，中間立桿上部受力增加10%，中部受力增加30%，使得本就承受較大荷載的中間立桿更易遭到破壞。同時(shí)，水平桿和掃地桿所承受的荷載也有所提高，整個(gè)架體的橫向剛度明顯降低。因此，斜撐對(duì)提高滿堂扣件式鋼管腳手架的承載力和穩(wěn)定性有著重要的影響。在實(shí)際搭設(shè)過(guò)程中，應(yīng)引起足夠的重視。

參考文獻(xiàn)

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Test of the Effectt of Pace and Scaffold Bracing on Bearing Capacity of Fastener Steel Tube Full Hall Scaffold

SUN Yifu1，CHEN Yan1，LIANG Yi2，LIU Shen1，LI Bin1
（1、School of Civil Engineering， Anhui Jianzhu University， Hefei 230601， China；2.China MCC17 Group CO.，LTD.，Maanshan 243001，China）

Abstract：In the vertical load test of two groups of fastener steel tube full hall scaffold conducted in the lab，the mechanical performance of each bar at differnt paces and with or without scaffold bracing has been tested and analyzed. The test result shows that to reduce the pace and to use scaffold bracing can heighten the bearing capacity and stability of fastener steel tube full hall scaffold and therefore the conclusion can offer some reference for some projects.

Keywords：scaffolding，pace，bracing，bearing capacity

基金項(xiàng)目：安徽省高等教育振興計(jì)劃項(xiàng)目（2014zdjy093）；安徽省教育廳質(zhì)量工程項(xiàng)目（2014gxk063）

收稿日期：2015-05-04

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160208

中圖分類號(hào)：TU731.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-8382（2016）02-036-06