承插型盘扣式钢管脚手架应用案例分析.pdf

承插型盘扣式钢管脚手架应用案例分析邹海发(甘肃省第五建设集团有限责任公司 甘肃 天水)摘 要:脚手架是实际工程中的必需材料 其拆卸方便、通用性强 在各种工业与民业建筑中广泛应用 通过对承插型盘扣式钢管脚手架的承载力进行了分析 案例选取甘肃省定西市某文化艺术中心项目 首先对案例中脚手架各种组成材料进行了参数调查 验证其是否满足国家规范规定 接下来对承插型盘扣式钢管脚手架的承载力进行了验算 其中包括立杆的荷载和架体稳定性 横杆的荷载、强度和挠度 连接盘的抗剪力等 验算结果表明该案例的脚手架方案设计均满足要求 然后通过室内试验按照案例方案制备了一层脚手架 并进行了承载力试验 通过试验测得真实数据 同时采用 软件对脚手架的承载力情况进行了模拟 结果表明模拟精度较高 该模拟方法可用于指导实际工程 最后采用 软件进行了固定支座和铰支座负荷载偏心效应试验 研究固定和铰支座的工程应用方案关键词:脚手架 承载力 铰支座 归一化距离中图分类号:文献标识码:文章编号:()概述钢管脚手架是目前国内应用最广泛的施工支撑体系之一 承载能力高 拆装方便 可反复使用便于运输 随着中国基础设施建设的不断扩大 这一支撑体系的应用也在不断增加 根据国务院 工程建设安全生产管理规定 的有关规定 脚手架倒塌是城市主要的危险源 应深入研究关于钢管支架的研究已经有很多 这些研究考察了提升高度、竖向杆间距、建筑跨度数、支撑设置以及竖向杆从顶部水平杆挤出长度对整体框架稳定性的影响 钢管的稳定性 脚手架稳定性可靠性与仿真 这些研究主要集中在整体框架的稳定性 特别是垂直杆 甘孝彬等人对新型附着式悬挑脚手架的应用进行了研究 表明如果可以二次利用 那么这种脚手架的成本可以得到大量节约 并且安装过程可以依靠单人进行 在工人的成本方面也可以得到大量节约 但是该脚手架目前只在四川部分地区的工程项目中进行使用 具体使用情况还需要进行大量的考察 另外还有大量的学者对脚手架的设计和使用安全进行的大量研究在确保工程安全的前提下 进行经济方面的优化 目前工程初期大部分都是在软件上进行模拟优化 确保可达到安全可靠性和设计要求后再进行工程实践 因此除了上述的研究外 还有大部分学者着重于软件模拟方面 比如将 技术应用到脚手架的安全管理中 或者采用 技术模拟施工现场劳务人员安全疏散等等承插性盘扣式脚手架是一种新型的施工支撑系统 它的诸多优点成为我们现阶段建筑施工的首要选择 主要优点为经济效益显著切承载能力强 在提高安全系数的同时 还能达到外观形象美等特点就目前来看 承插性盘扣式脚手架广泛应用于各种工程项目 包括厂房、工业建筑、地铁、体育场和公路公建等众多工程 适用范围相当广泛 因此对于它的承载能力、搭建拆卸方便程度都提出了相当大的考验本文针对实际案例 对案例中的设计脚手架承载能力进行室内试验 测试其设计准确度 以期验证支架的工程安全性 并提出了一种能够指导实践的荷载 应力模型 脚手架架体组成及案例计算 架体组成承插型盘扣式钢管支架主要由立杆、横杆、斜拉杆和可调制作组成 立杆采用 钢 其屈服应力应达到 横杆、可调底座和“”形顶托选用 钢 其屈服应力应达到 斜杆选用 钢 其屈服应力应达到 架体钢管采用新型盘扣式承插型脚手架搭设架体 架体搭设纵横间距 跨度 扣件节点的可靠性是架体安全的关键 邹翔对扣件节点的刚度 通过蒙特卡罗法在有限元软件中进行了建模分析 将扣件模拟实际工程进行了可靠度研究 为脚手架的安全可靠性提供了重要指导结论 本文选取的案例采用横杆和斜杆端头的铸钢接头上的自锁式楔形销 插入立杆上按 模数分布的花盘上的孔 用榔头由上至下垂直击打销子销子的自锁部位与花盘上的孔型配合而锁死 拆除时 只有用榔头由下向上击打销子方可解锁 钢管材质按照现行的国家标准进行设计和选取 主要包含两个规范 低合金高强度结构钢/和 建材发展导向 年 月第 卷第 期碳素结构钢/以及 一般工程用铸造碳钢件/按照规 范 钢 筋 外 径 为、时 允许偏差为 和 钢筋外径 为 时 允许偏差为 和 该工程无工具主体结构形式外脚手架分两段搭设 工作面堆载严禁超过/施工流程为:施工准备定位设置通长垫板、底座立杆安装纵、横向横杆安装外斜拉杆安装连墙件安装立杆安装纵、横向横杆安装外斜拉杆安装脚手板铺设挂设安全网 案例计算该工程为通渭县某文化艺术中心项目(楼)总建筑面积约为 其中 楼建筑面积 建筑高度为 框架剪力墙结构无地下室 地上 层 结构设计使用年限为 年抗震设防烈度为 度 结构安全等级为一级 耐火等级为二级 本工程为大型文化馆建筑 首层为值班管理、展厅、藏品库、办公室、消防泵房、消防水池、换热站、空调机房、二层为放映厅 展厅、值班室、办公区、文化活动艺术区、设备间、三层为多功能室、阅览室、报告厅、储物室、化妆间、设备间 该工程落地式脚手架搭设高度约 不超过 架体布置间距为 计算单元截面面积为 首先计算荷载情况 脚手板自重为 /支 架 自 重 为 /施工人员及设备为/本项目荷载分项系数取 活荷载分项系数取 因此荷载组合计算方法为 ()接下来对架体的稳定性进行验算 按照 建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程 不组合风荷载计算 根据 建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程 中的计算公式进行计算 其中 取 支架立杆计算长度 因此 根据立杆长细比 /为轴心受压构件的稳定系数 则立杆稳定性应该为 /即 /()/同理对横杆()进行计算 组合荷载/强度 /挠度 同理可得连接盘位置的抗剪力 试验测试 加载试验按照图 的方式对脚手架建立试验模型框架对水平杆进行了两次相同的加载试验 加载采用的脚手架构造方式均相同 加载分为预加载阶段和形式加载阶段 形式加载阶段分为 级 最大荷载为 每级荷载均市价 只进行了无损检测 试验结果如图所示 水平杆的应力梯度如图 所示 从图中很明显可以看出 作用在水平杆上的应力呈阶梯状分布 应力从下往上逐渐增大 三点荷载 应力曲线如图 所示 结果显示加载初期应力与荷载之间的线性关系 应力随着荷载的增加而波动 图 中的脚手架位移是由水平杆测量出的总和位移 图中显示了框架的横向位移 在加载过程中 框架没有发生完全的线性变形 而且具有非线性特征 图 中的结果与 节案例中设计的挠度值相比较并无差异图 模型框架 图 水平杆的应力梯度图图 三点荷载 应力曲线 图 脚手架荷载 位移曲线选取整个框架 个点的应力 应变数据 采用 软件进行数值模拟 图 为第一次试验的 个试验点的荷载 应力曲线图与数值模拟得到的荷载应力曲线图的对比图 从图中可以看出模拟区县与实验曲线吻合较好 证明了该模拟方法的合理性图 点测试与模拟比较图 固定支座和铰支座负荷载偏心效应试验按照图 在 软件中建立模型 编程一层 年 月第 卷第 期 建材发展导向 一舱模型和负荷偏心效应 采用不同位置的竖向荷载对两种脚手架进行了屈曲荷载评估和竖向推覆分析 每组试验进行两遍 以保证试验的精确度 在预制脚手架的情况下()固定和()铰链支座的一层一舱模型的屈曲和塑性荷载与归一化距离之间的比较如图 所示 分析表明 对于铰链底座结构 塑性载荷大于屈曲载荷(图)特别是 在距铰座结构任意归一化距离下 屈曲荷载稳定在 左右 因此可以将其视为临界荷载 负载不受偏心量的影响 在固定支座情况下 随着荷载偏心距的增大 屈曲荷载与塑性荷载的数值相当(图)塑性荷载主要受非线性材料本构的影响 不受边界条件的影响 相反 本案例中的屈曲载荷假设材料是线性的 因此边界条件的影响较大 最终结果表明 在相同情况下 固定基础结构的倒塌荷载均高于铰链基础结构 固定支座 铰支座图 一层一舱模型的屈服和塑性荷载与归一化距离之间的比较 结论通过试验和数值模拟 系统地研究了局部荷载作用下扣件式脚手架的受力机理 从研究结果中我们得出以下结论)作用在垂直杆、水平杆和支撑上的应力呈阶梯状分布 水平杆和支架不仅为垂直杆提供辅助支撑 而且还与整个支架的力有关)在有横向支撑的固定基础模型中 门形钢脚手架比多向支架受偏心荷载的影响更大 也就是说应该合理选择固定支座和铰支座)试验结果模拟结果和模拟结果均表明本案例中的承插型盘扣式钢管脚手架的施工方案合理 将它的承载力强、安全可靠度高、省时省工以及灵活性尽可能全面的发挥出来参考文献:陆征然陈志华王小盾等扣件式钢管满堂支撑体系稳定性的有限元分析及试验研究.土木工程学报():.胡长明王静郭成喜等.扣件式脚手架用钢管稳定系数研究.工业建筑():.张厚先.用 分析扣件式钢管脚手架的承载性状.武汉理工大学学报():.甘孝彬刘鑫杨璐铭.浅析新型附着式悬挑脚手架的应用.四川建筑():.朱爱民.技术在扣件式钢管脚手架设计中的应用.湖南大学.杜荣军.扣件式钢管模板高支撑架的设计和使用安全.施工技术():.黄宝魁徐崇宝张铁铮等.双排扣件式钢管脚手架整体稳定实验与理论分析.建筑技术():.吴跃星.基于 与 技术的建筑工程事故预防系统研究.中国矿业大学.武雷邵明民夏聘.技术在脚手架安全管理中的应用研究.施工技术():.吴军梅.基于 的施工现场劳务人员安全疏散研究.西安建筑科技大学.邹翔吕凤梧黄鸿祺.双排扣件式钢管脚手架的可靠度分析.山西建筑():.收稿日期:作者简介:邹海发()男甘肃靖远人本科工程师从事建材技术与管理工作(责任编辑:周屏昆)建材发展导向 年 月第 卷第 期