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摘要:

簡(jiǎn)述了扣件式鋼管支模架的研究現(xiàn)狀，結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，提出了扣件抗扭性能的試驗(yàn)研究方法，并對(duì)其試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了說(shuō)明，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計(jì)算及有限元模擬提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:

扣件式支模架，抗扭性能，剛度，荷載

扣件式支模架由于其靈活性、通用性和經(jīng)濟(jì)性，被廣泛應(yīng)用于我國(guó)的建筑行業(yè)。然而多發(fā)的建筑災(zāi)害在嚴(yán)重的危害到工人們的生命安全、造成惡劣社會(huì)影響的同時(shí)，讓越來(lái)越多的人關(guān)注到扣件式支模架的安全使用問(wèn)題。對(duì)支模架倒塌的事故進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其主要原因在于對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和受力程度認(rèn)識(shí)的不全面。扣件式支模架的連接點(diǎn)，屬于半剛性節(jié)點(diǎn)，它的力學(xué)性能介于剛性節(jié)點(diǎn)和鉸節(jié)點(diǎn)之間。我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［1］對(duì)半剛性節(jié)點(diǎn)雖然有所提及，但是并未提供具體的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法。

1研究背景

敖鴻斐［2］在對(duì)四組試件測(cè)試的基礎(chǔ)上，提出一個(gè)簡(jiǎn)化的彎矩和轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系，該函數(shù)關(guān)系對(duì)彎矩和轉(zhuǎn)角采用了線(xiàn)性表示。式(1)在確定彎矩和轉(zhuǎn)角之間關(guān)系時(shí)無(wú)疑是很方便的，但該式相當(dāng)于將節(jié)點(diǎn)完全視為剛節(jié)點(diǎn)，在應(yīng)用中誤差較大。袁雪霞［3］認(rèn)為節(jié)點(diǎn)的剛性強(qiáng)弱主要取決于其扣件連接的螺栓擰緊程度，故采用有限元計(jì)算程序，模擬扣件節(jié)點(diǎn)的半剛性，通過(guò)擬合得到了包含兩個(gè)參數(shù)彎矩—轉(zhuǎn)角(M—θ)的對(duì)數(shù)函數(shù)模型。張化振［4］所得到的直角扣件的初始扭轉(zhuǎn)剛度線(xiàn)性回歸直線(xiàn)是在取扭矩M與轉(zhuǎn)角θ的試驗(yàn)數(shù)據(jù)平均值的前提下進(jìn)行擬合的，導(dǎo)致結(jié)論不夠精確。故若通過(guò)實(shí)驗(yàn)，將大量不同情況的扣件利用試驗(yàn)所測(cè)得的扣件的彎矩—轉(zhuǎn)角(M—θ)關(guān)系利用MATLAB軟件進(jìn)行離散性數(shù)據(jù)分析，分別作出分布圖像，即二者在一定范圍內(nèi)的相互關(guān)系的變化情況，則可以得到每一組數(shù)據(jù)的初始連接剛度和形狀參數(shù)，再統(tǒng)計(jì)出二者的頻數(shù)分布規(guī)律，則可以更好的研究直角扣件的抗扭性能，進(jìn)而為扣件式鋼管支模架穩(wěn)定性和可靠性分析提供依據(jù)。

2研究方法

為研究扣件的抗扭性能，根據(jù)《鋼管腳手架扣件規(guī)范》［5］相關(guān)規(guī)定，對(duì)扣件扭轉(zhuǎn)剛度性能試驗(yàn)，主要采用有限元計(jì)算程序模擬扣件節(jié)點(diǎn)的半剛性，并得到扭矩M與轉(zhuǎn)角θ的關(guān)系。應(yīng)用MAT-LAB程序，對(duì)上述關(guān)系式運(yùn)用二參數(shù)對(duì)數(shù)非線(xiàn)性模型，選用5組不同的扣件螺栓擰緊力矩T，分別為:20N•m，30N•m，40N•m，50N•m，60N•m進(jìn)行10組試驗(yàn)，建立M—θ關(guān)系模型，將數(shù)據(jù)進(jìn)行非線(xiàn)性回歸，確定出n和Rk的值。再統(tǒng)計(jì)出不同擰緊力矩T作用下Rk和n的頻數(shù)分布規(guī)律，并作出Rk的分布頻數(shù)圖。再由Rk—T關(guān)系，得到直角扣件的初始扭轉(zhuǎn)剛度公式。最后根據(jù)數(shù)據(jù)，可得到扣件的最佳擰緊力矩范圍，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計(jì)算及有限元模擬提供依據(jù)，同時(shí)對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用提供參考。

3試驗(yàn)過(guò)程

本試驗(yàn)的加載方案如圖1所示。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的《鋼管腳手架扣件規(guī)范》［5］中所提供的扣件扭轉(zhuǎn)剛度性能試驗(yàn)方法，將扣件安裝在兩根互相垂直的型號(hào)為48．3×3．6mm的鋼管上，橫管長(zhǎng)2100mm，在距中心1000mm處的橫管上加荷載P，在無(wú)荷載端距中心1000mm處測(cè)量橫管位移值f。首先預(yù)加荷20N，將位移測(cè)量?jī)x表調(diào)整到零點(diǎn)，第一級(jí)加荷80N，然后以每100N為一級(jí)加荷，并加載到900N。

4后續(xù)分析

在該試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，由試驗(yàn)結(jié)果分析得知，扣件的彎矩—轉(zhuǎn)角(M—θ)曲線(xiàn)離散型較大，造成該結(jié)果的最重要的因素是扣件本身的質(zhì)量問(wèn)題，故有必要對(duì)扣件抗扭剛度影響因素進(jìn)行試驗(yàn)，其中不同扣件的質(zhì)量m，扣件的蓋板厚度b與扣件應(yīng)力薄弱處(根據(jù)試驗(yàn)中扣件的破壞和損傷提出)的尺寸h差異較大。將試驗(yàn)所用部分扣件作以比較，認(rèn)為這種扣件本身的差異直接影響了模板支架整體的承載力，因此可以對(duì)這種差異性利用SPSS進(jìn)行相關(guān)度的分析，研究扣件自身性質(zhì)對(duì)其抗扭性能的影響，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計(jì)算及有限元模擬提供依據(jù)。由于扣件有一定的使用壽命，故其新舊程度一定會(huì)對(duì)性能造成影響，故在比較其抗扭剛度影響時(shí)，應(yīng)采用新舊程度大致相同的扣件。對(duì)于扣件新舊程度可基于《鋼管腳手架扣件規(guī)范》［5］的相關(guān)規(guī)定判斷扣件各部分的裂紋、螺栓、螺母、墊圈和鉚釘?shù)某叽绲仁欠穹弦?guī)范，蓋板與座的張開(kāi)距離等因素對(duì)扣件加以區(qū)分。

參考文獻(xiàn):

［1］GB50013—2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．

［2］敖鴻斐．雙排扣件式鋼管腳手架的極限穩(wěn)定承載力研究［J］．力學(xué)季刊，2004，25(2):213-218．

［3］袁雪霞，金偉良，魯征，等．扣件式鋼管支模架穩(wěn)定承載能力研究［J］．土木工程學(xué)報(bào)，2006，39(5):43-50．

［4］張化振．扣件式高大模板支架的節(jié)點(diǎn)半剛性和整體承載力研究［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008．

［5］GB15831—2006，鋼管腳手架扣件規(guī)范［S］．

作者：何昊 單位：南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院