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《佳木斯大學學報》2017年第4期

摘要:以安徽的某一地鐵項目做為基礎來進行展開和研究，在實驗室，對碗扣式模板支架承載力進行了一些相關試驗，在探究了碗扣式鋼管支架在承受豎向荷載時，觀察支架中立桿和橫桿一些應力變化，還有支架體系從上到下的傳遞方式和規律，節點連接及受力性質，由此來得到支架受力最重的桿件，為之后的設計及施工搭設提供了參考。在實驗室對碗扣式支架進行了一些相關試驗，得到了一些重要的的試驗數據和結果，為碗扣式支撐體系理論分析提供了試驗和監測兩種數據。

關鍵詞:碗扣式腳手架;試驗;監控;缺陷分析;承載力

0引言

二十世紀六十年代，好多的支架都是用竹木來完成的，但這腳手架缺少安全網的防護，而且大面積建筑時設有防護圍欄幾乎都用藤條為材料編制而成的，因為取材便宜而被使用很廣，但其制作材料復雜，耗資和工作量都不小，使其現在難以支撐現代化大型建筑體系的使用。隨后一度開始應用扣件式鋼管腳手架，扣件式鋼管腳手架具有裝拆方便、運輸簡便、等特征，然而由于扣件式鋼管腳手架也有不少缺點，比如安全性不好、施工效率低下，使得扣件式鋼管腳手架難以滿足如今的大型復雜建筑體系的要求。我國在八十及九十年代從國外引進了門式鋼管腳手架、碗扣式鋼管腳手架、楔緊式腳手架及國外先進技術，比如圓盤式鋼管腳手架，插銷式鋼管腳手架，輪扣式腳手架以及各種類型的爬架。其中，碗扣式鋼管腳手架是大量推廣且應用最多，一直到如今，仍然有很多地區及工程在大量應用碗扣式鋼管腳手架，尤其在高架橋梁和一系列高層建筑施工中。

1碗扣式腳手架的試驗研究

主要探究碗扣式鋼管支架在豎向荷載受力之下，立桿和水平桿應力的傳遞形式和規律，以及節點連接性質，由此找到支撐體系中那個受荷載最大的桿件。

1．1實驗支架的搭設和布置

此體系共有二十五根立桿，橫縱均為四根體系，支架的步距為1200mm，立桿的間距為900mm，架頂高5000mm，天桿搭設高度為500mm，地桿離地面高度為300mm，頂層和底層布置水平斜支撐，架體四周均設置豎向斜支撐。支架材料均用48×3．2mm鋼管搭設，材質為Q235。

1．2實驗器材

加載裝置:液壓千斤頂(100t)，分配梁，電動油泵，反力架及反力梁等。測試儀器:DH3816NET靜態應變測系統，DH1205應變計，UPM－50容柵位移傳感器，壓力傳感器等。試驗主要用到的儀器設備包括9個DH1205表面應變計，1臺臺式電腦及1臺筆記本電腦，鉗子、剪刀、拋光機、卷尺以及配電盤各兩個。

1．3加載步驟

(1)初始加載至5t，持荷十分鐘后開始卸載;

(2)正式加載至5t以后，按每級5t加載，每級荷載持荷十分鐘;

(3)當架體有明顯屈曲變形后，按每級1．5t加載，每級荷載持荷十分鐘;

(4)若持荷過程中，應變值慢慢增大，視作支架進入屈服階段，此時的荷載值為極限荷載;

(5)荷載分兩次卸載。

(6)在加載過程中，每一次施加荷載結束待支架桿件受力穩定之后，開始記下每一個測點應變值和位移值;

(7)當每一次卸載結束時，開始記下每一個測點殘余應變值和殘余位移值。

2實驗的測點布置

各個測試點布置原則:依據此次試驗要求，應變計的布置位于于節點處，立桿和水平桿上，應變計布置見圖1;光纖整個回路長度約八十米，布置于立桿和水平桿，約占架體總桿件數量的一半。試驗安全依據位移變形程度來把握的，變形測點在架體上方。

3實驗結果研究

3．1立桿受力分析

立桿是支撐體系中最主要的承重桿件，因為受到一定程度的水平桿件的約束作用，與單桿軸心受壓特點有較大的出入。

(1)加荷載至530kN時，在此過程中，各立桿應變值逐漸增高，此時的支架達到了極限承載力(臨界荷載)。

(2)立桿L2、L4、L5、L6、L7、L8、L9均是受壓的，且頂部立桿L5、L7、L9都承受壓力作用，由高度不相同立桿的C區L4和L5、D區L6和L7、E區L8和L9知，立桿的應力是隨著高度方向不斷變大的;因為支撐體系在受到豎向荷載作用后，與它相連的各個桿件會有荷載會傳遞，剪刀支撐上受到的內力會傳到支撐另一連接端，其中最后有一部分是通過剪刀撐傳到基礎。所以，在由立桿上端向下端傳遞荷載的過程中，由于剪刀撐的作用，下部立桿的內力會逐漸減少。

(3)立桿L1是負值，主要原因荷載加載過程中存在偏心，且桿件存在初始缺陷，還有可能是方木的剛度沒達到要求，從而支架體系受力不均，從而使邊緣立桿翹曲。

(4)不同立桿相同高度的L1、L2、L4、L6、L8以及L5、L7、L9知，相鄰立桿軸向變形不一樣，邊緣立桿的應力受力小于中間立桿，其中，中間立桿L5應力達到83．7KN，比其他所有立桿都要大，L5桿件是受力最大的，同樣L5桿件也是最危險的，其原因是受支架的初始缺陷加上荷載偏心等因素的影響，使得各立桿所受到荷載并不均勻，其他立桿受荷面積均小于中間立桿，使得相鄰立桿軸向變形不一樣。

3．2水平桿受力分析

碗扣式支架縱橫向桿件通過節點將各立桿鏈接成一個完整個體，在提高支撐體系的穩定性和極限承載力方面，是一個重要組成部分。從表1可以看出:在試驗加載的初級階段，桿件的變形不大，主要原因立桿在豎向平面內受力幾乎不受水平桿的影響，由于支架只承擔豎向荷載，不考慮各種水平荷載，支架橫桿與立桿的連接點處又偏向鉸接，豎向荷載幾乎由立桿和剪刀撐來承擔，其中大部分荷載由立桿來承擔，因此橫桿得出的數據很小，到了試驗的后期階段，支架體系荷載不斷增加，當荷載足夠大時，立桿開始受壓彎曲，水平桿限制了立桿的相對位移，則部分水平桿受力開始增加。

3．3節點受力特征分析

(1)在支架體系的水平方向，其縱橫向水平桿都承受了較小的彎矩(扭矩)，所以，在滿堂支撐腳手架體系中，立桿是主要的受力桿件，可以把節點當作鉸接連接。

(2)碗口式支撐節點具有軸向及剪切兩個方向的約束作用，然而節點的約束效果要取決于碗扣節點的擰緊程度，若上碗扣擰的緊，則節點更近剛接，否則，偏于鉸接，使用鉸接計算的結果更安全。

(3)支架發生失穩時，通常是支架某根桿件或某些桿件發生壓屈所致，并非發生碗扣節點破壞，因此碗扣式支撐體系在節點處存在的內力、位移計算均低于支撐體系屈曲時的內力、位移，因此，碗扣式支撐體系采用鉸接點可以滿足支撐體系安全穩定要求。

4結論

觀察試驗數據可知，滿堂支架在受到豎向荷載時的傳力規律。通過驗證，得到的相關結論，其主要結論如下:

(1)在進行支架模擬時，可以將支架橫桿與立桿的交接點當作鉸接來處理，在支架體系的水平方向，其縱橫向水平桿均承受了較小的彎矩，在滿堂支撐腳手架體系中，支架立桿是主要的受荷桿件，因此可以把節點當作鉸接連接。在試驗過程中，支架發生失穩時，是由支架某根桿件或某些桿件發生壓屈導致，而碗扣節點沒有發生破壞，因此碗扣式支撐體系在節點處存在的內力、位移計算均小于支撐體系屈曲時的內力、位移，因此，碗扣式支撐體系采用鉸接點可以滿足支撐體系安全穩定工作。

(2)剪刀撐的受力是由桿件的高度而逐漸發生變化的，剪刀撐越高則受力越小。

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作者：張亮；徐州 單位：安徽建筑大學土木工程學院