满堂扣件式钢管脚手架不同步距承载力影响分析

何夕平， 齐华伟， 邵传林

（1.安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥230601；2.中国十七冶集团有限公司，安徽 马鞍山243001）

0 引 言

伴随我国高耸、大跨度、特殊结构的不断呈现，随之而来的工程事故也不断发生，其中由于脚手架倒塌而造成的事故，往往会发生群死群伤，社会影响极大，由此关于脚手架的安全问题引起了很多学者进一步的思考和关注。

分析近年来脚手架倒塌事故的原因［1］，主要有：施工企业在实际搭拆脚手架的过程中往往忽视脚手架专项施工方案的执行；脚手架没有通过系统的设计和验算，整个架体的稳定性较差；施工项目各参建单位工程管理存在缺失等，这其中由于满堂扣件式钢管脚手架整体稳定性问题引发的事故最为突出。

水利信息化的合理管理，能够成为信息共享和信息交换的前提。对于水利信息化管理部门来说，有着十分重大的意义。水利信息化的管理，是水利信息化实现的保障，同时也是水利信息化得以实现的重要保证，水利信息化对资源的共享有非常高的要求，也需要技术上的完善，需要技术上的标准，同样也需要实行相应的政策和措施。水利信息化需要有效且符合实际的安全方面的保障，需要有相对健全体制来完成资源的共享，同时也需要建设上的科学管理来保证水利信息的有序进行。

在实际施工中扣件式钢管脚手架因其构造简单，维护方便，使用成本较低，安全性好等优点而广泛应用。但是，脚手架的材料，设计验算，现场管理等因素又与现行规范和专项方案有着较大出入，使得满堂扣件式钢管脚手架在具体使用中的整体稳定性发生很大改变。因此本文通过SAP2000有限元软件创建模型、实验室试验等方法来研究当步距发生变化时对脚手架承载力的影响，以期获得一些结论，为满堂扣件式钢管脚手架的安全使用提供数据支持。

1 满堂扣件式钢管脚手架的搭设与材料属性

某工程架体搭设高度9.2m，拟采用满堂扣件式钢管脚手架。结合现场实测考虑钢管锈蚀因素，脚手架钢管按Φ48.3×3.0计算，钢材弹性模量E为2.06×105N／mm2，泊松比μ为0.3，密度为7800kg／m3，Q235钢抗压强度设计值f为205Mpa。本文选取满堂扣件式钢管脚手架的整体作为研究对象，立杆间距为1.0m×1.0m，扫地杆离地面高度为0.2m，支架高宽比≤2，扣件螺栓的拧紧扭力矩值取40N·m。剪刀撑的设置按《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）的有关规定［2］：竖向剪刀撑在脚手架的外围及内部纵横两个方向，每隔6.0m由底至顶连续设置；因为该脚手架安装架设的高度在8.0m以上，所以水平剪刀撑应分别在脚手架底端、顶端和垂直方向4.7m处各设置一道。脚手架步距分别取0.900m、1.000m、1.125m、1.285m、1.500m、1.800m 六种情况进行对比分析，其他搭设条件按照现行规范。

2 扣件转角刚度K值的试验确定

根据试验所得数据，由公式（1）［7］计算扣件的转角θ，并将直角扣件转角刚度试验数据汇总，如表1所示。

（1）工况1：用SAP2000对工况1步距为0.900m的模型进行有限元屈曲分析，得到该工况下的稳定承载力Pcr＝51.063kN和一阶屈曲模态下的破坏形式，如图6、7所示。

本试验目的是确定直角扣件的转角刚度K值，为SAP2000建立脚手架模型时提供数据。现将试验分成三组，每组试验各选四个直角扣件，取试验平均值经过变换后构建 M－θ关系曲线［3－6］，为了考虑直角扣件螺栓拧紧扭力矩值对脚手架稳定承载力的影响，三组试验螺栓拧紧扭力矩值分别取30N·m、40N·m和50N·m，使用万能试验机和液压千斤顶在距直角扣件中心一端L＝1000mm处的水平钢管上分级施加荷载P，每级加载0.1KN，另外分别在距扣件中心La＝200mm处的水平钢管和Lb＝200mm处的竖直钢管上安装百分表测量位移值Sa和Sb，试验装置如图1、图2所示。

由表1数据得到不同拧紧扭力矩值下的弯矩—转角曲线，如图3所示。

为了研究满堂扣件式钢管脚手架承载力与步距变化之间的规律，对不同步距搭设参数下的脚手架进行有限元分析。钢管和扣件材料参数及初始缺陷的取值按第1节所述，由直角扣件转角刚度K值试验的结论，本文模型中取拧紧扭力矩为40N·m时的转角刚度K＝17.00kN·m／rad进行模拟计算。将工程实例分为6种不同工况进行对比研究，分别是工况1～工况6，搭设参数如表2所示，步距变化 0.900m、1.000m、1.125m、1.285m、1.500m、1.800m，步数变化10步、9步、8步、7步、6步、5步，其他搭设要求按照现行规范。

实际搭设脚手架中发现钢管和扣件存在着一定的初始缺陷，如钢管的弯曲、断面的切斜偏差及锈蚀，还有搭设时纵横杆、立杆之间的不垂直等问题直接影响脚手架的极限承载力。为了考虑上述初始缺陷，在SAP2000中通过在各节点施加水平虚拟荷载来实现，其大小取极限承载力的1%，本文取1kN作用在脚手架弱向一侧的各节点上，满足《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130—2011）中表8.1.8和表8.2.4对搭设允许偏差的要求。

3 满堂扣件式钢管脚手架模型建立过程相关问题的简化处理［8－10］

3.1 满堂扣件式钢管脚手架受力形式的简化处理

运用SAP2000进行脚手架稳定承载力分析的过程中，可简化脚手架的所有立杆为轴心受压，并且能够均匀传递荷载，当整个架体发生屈曲破坏时的轴向力，即为该脚手架的最大稳定承载力。本文模拟在架体顶端每个节点上施加1KN的集中荷载，用SAP2000有限元软件算得一阶屈曲系数，此系数乘以1kN就是该脚手架的稳定承载力。

满堂扣件式钢管脚手架的立杆是主要承受竖向荷载的杆件；水平杆作为水平方向的支撑杆件，承受结构顶端传递下来的部分荷载；竖向剪刀撑是主要的侧向受力构件，能很好的增强脚手架的抗侧刚度，抵御水平荷载的作用；水平剪刀撑发挥着保持脚手架整体稳定性的作用。实际使用中满堂扣件式钢管脚手架顶端施工荷载通过模板下面的木枋传给水平杆，再由水平杆传给立杆，立杆呈现偏心受压，受力示意如图4所示。

3.2 满堂扣件式钢管脚手架节点的简化处理

对满堂扣件式钢管脚手架进行模型简化处理时，应该把水平杆和立杆节点的处理作为重点，处理的方法可以划分为三种：理想的刚接、理想的铰接和节点半刚性连接。由于扣件拧紧是由人工拧扣件螺栓进行的，前两种简化与实际搭设情况并不十分符合，考虑节点半刚性连接这种情况与实际情况较吻合。节点半刚性连接在荷载作用下会传递部分弯矩，同时又将产生相应的一些变形，所以对水平杆和立杆的处理可以通过释放对应水平杆件端部转角刚度来实现，可取上面直角扣件转角刚度试验的K值。架体的下端可视为与底座进行铰接，剪刀撑与立杆、水平杆之间的连接也视为铰接，处理方法为释放对应梁单元的端部转角刚度为零。

⑳Paul Ganley，“Access to the Individual:Digital Rights Management Systems and the Intersection of Informational and Decisional Privacy Interests”，International Journal of Law and Information Technology，10(3)，2002，pp．241 ～293．

蠕虫状链模型的均方末端距修正·····························刘引烽 周 洁 (6,938)

3.3 满堂扣件式钢管脚手架初始缺陷的简化处理

式中K为转角刚度，n为加载次数，△Mi为弯矩值增量，△θi转角值增量。经计算，拧紧扭力矩值为30N·m、40N·m和50N·m三种情况下的转角刚度分别为8.27kN·m／rad、17.00kN·m／rad和33.63kN·m／rad，知直角扣件的转角刚度与扣件螺栓拧紧扭力矩有关，拧紧扭力矩越大，扣件的刚性越强，承载能力越高。

3.4 其他外界因素的简化处理

忽略地震荷载，风荷载和其他水平荷载的影响，按照上述试验结果和处理方法建立满堂扣件式钢管脚手架的模型，图5所示为步距等于0.900m时的计算模型。

4 不同步距对满堂扣件式钢管脚手架承载力影响分析

4.1 不同工况模型的建立

由图3知扣件的转角刚度呈现非线性，为减少计算过程中非线性的影响，由公式（2）［7］计算不同拧紧扭力矩值下的转角刚度：

莱姆沃卡倾心于自己的写作事业，并不断发展自己的潜力，在诗歌、短篇小说等方面颇有建树。她一直保持并沿袭着自己简单却包含细腻情感的文笔，始终希望自己的作品能够对社会产生积极、深远的影响。她创建了一个非盈利组织——艺术治疗基金会（the Arts Therapy Foundation），希望通过创造性的艺术治疗方式为人们提供心理和情感支持。她一直深切关注着有关女性的问题。多年来，她为全球新闻研究所撰写文章，论述影响妇女的问题，包括艾滋病、战争对妇女的影响以及社会正义的问题。

4.2 对不同工况的脚手架进行有限元分析

正在卖力地刷着盘子的楚墨被吓了一跳，一边低声说“别跟你姐开这种玩笑”，一边要抢过电话。念蓉退着，躲闪着，盯着楚墨，眼珠瞪得比眼眶还大。

（2）工况2～工况6：同上，对工况2～工况6的模型进行有限元屈曲分析，得到对应工况下的稳定承载力Pcr，如表2所示；同时得到对应工况情况下的一阶屈曲模态破坏形式，如图8、9所示。

表2 满堂扣件式钢管脚手架各工况模型搭设参数

各工况相对于工况1的承载力下降幅度如图10，相对于工况6每增加1步提高的承载力如图11所示。

对比分析表2数据，从施工安全角度考虑，该工程脚手架按照现行规范布置，由图10知：随着架体步距的增大，架体稳定承载力发生显著变化，工况1的稳定承载力达到51.063kN，而工况5稳定承载力为39.599kN，下降22.5%，工况6稳定承载力为32.739kN，下降35.9%，工况5、6稳定承载力下降幅度大在实际施工中不能接受；而工况2、工况3、工况4的稳定承载力下降分别为2.25%、3.46%、5.37%，这三种工况下降幅度较小可以在实际工程中使用。从安全角度考虑，工况5、工况6被舍弃，保留工况2、工况3和工况4。

从经济性角度出发，对比分析表2数据，由图11得出：随着架体步数的增大，架体的每步稳定承载力提高值发生非线性变化，工况4（步数＝7）的n最大为7.79，此时的架体得到了充分利用，经济效益显著，而其他工况相比之下经济效益欠佳。

综合以上分析，若从安全性和经济性两方面考虑，该工程满堂扣件式钢管脚手架在工况4（步距为1.285m，步数为7）时最为合理。

Research on developmental and motional characteristics of Daaoxi unstable rock along

添加耐高温α-淀粉酶脱胚玉米挤出物经过液化糖化后制得糖化液，此糖化液经过滤得到的滤饼中含有少量的RS3，此部分淀粉未被水解的影响糖浆的收率。通过本实验，经频数选优得到较优工艺参数为：挤压原料淀粉酶添加量0.80L/t，螺杆转速140.0r/min，液化时耐高温淀粉酶添加酶量0.50L/t，液化时间20.0min，糖化时葡萄糖淀粉酶添加量1.50L/t。控制挤压-糖化系统参数，使滤饼中的RS3质量分数降低。在此条件下，滤饼中抗性淀粉含量为0.26%。

5 结 语

（1）从直角扣件转角刚度K值的试验可以看出，当扣件螺栓拧紧扭力矩值为30N·m、40N·m、50N·m时，得到的直角扣件转角刚度分别 为 8.27kN· m／rad、17.00kN· m／rad 和33.63kN·m／rad，直角扣件的转角刚度与扣件螺栓拧紧扭力矩有关，拧紧扭力矩越大，扣件的刚性越强，承载能力越高。

（2）本文提出了满堂扣件式钢管脚手架模型建立过程中的简化处理方法，为用SAP2000有限元分析软件计算工程实例脚手架的整体稳定性提供了参考。

（3）对于具体工程，步距多少最为合理，与立杆间距、架体高度、扫地杆离地高度、剪刀撑设置、扣件螺栓扭力矩、材料属性等有关，就本文而言的工程，步距为1.285m最为合理，其分析问题的方法可供类似工程借鉴。

1 陆征然，陈志华.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［J］.土木工程学报，2012，45（1）：49－60.

2 JGJ130－2011.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范［S］.

3 胡长明，车佳玲.节点半刚性对扣件式钢管模板支架稳定承载力的影响分析［J］.工业建筑，2010，40（2）：20－23.

4 袁雪霞.建筑施工模板支撑体系可靠性研究［D］.杭州：浙江大学，2006.

5 陈志华，陆征然，王小盾.钢管脚手架直角扣件刚度的数值模拟分析及试验研究［J］.土木工程学报，2010，43（9）：100－108.

6 黄宝魁，徐崇宝.双排扣件式钢管脚手架整体稳定实验与理论分析［J］.建筑技术，1991（9）：40－45.

7 敖鸿斐，李国强.双排扣件式钢管脚手架的极限稳定承载力研究［J］.力学季刊，2004，25（2）：213－218.

8 何夕平，张运帅.现浇混凝土结构层间模板支撑架体受 力 传 递 规 律 研 究 ［J］.工 业 建 筑，2014，44（1）：107－111.

9 周璇，曾志兴.双排扣件式钢管脚手架横向斜撑结构的优化［J］.工业建筑，2011，41（1）：23－25.

10 周洪涛，郭志鑫.扣件式钢管满堂脚手架ANSYS受力性能分析［J］.施工技术，2013，42（14）：98－101.