步距和斜撑对满堂扣件式钢管脚手架承载力影响的试验研究

孙逸夫，陈 燕、梁 义、刘 申、李 斌（、安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 3060；、中国十七冶集团有限公司，安徽 马鞍山　4300）



步距和斜撑对满堂扣件式钢管脚手架承载力影响的试验研究

孙逸夫1，陈 燕1、梁 义2、刘 申1、李 斌1
（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）

摘要：通过在试验室内对两组满堂扣件式钢管脚手架进行竖向加载试验，分别对其在不同步距和有无斜撑的状态下的各杆件的受力性能进行实测与分析，由试验知减小步距以及搭设斜撑能提高满堂扣件式钢管脚手架的承载力和整体稳定性，研究结论对工程起到借鉴作用。

关键词：脚手架，步距，斜撑，承载力

0　引　言

扣件式钢管脚手架是上世纪60年代起在我国开始推广的，这种脚手架具有搬运简便，加工方便，可通用，易拆卸，维修简单，使用寿命长以及投入成本低等多种优点。目前已经成为我国使用最普遍以及用量最多的一种脚手架，占我国近七成以上的脚手架市场［1］。本文重点讨论满堂扣件式钢管脚手架在竖向荷载作用下不同步距和斜撑对其承载力和架体整体稳定性的影响，以便对工程起到借鉴作用。

1　满堂扣件式钢管脚手架的受力形式

满堂扣件式钢管脚手架属于满堂支撑体系的一种。该体系是一种由纵横向水平杆及立杆用扣件连接而成的空间框架体系。立杆是主要承受竖向荷载的构件，纵横水平杆作为立杆的水平向支撑杆件，分担由结构顶部传下的荷载，竖向斜撑是主要的侧向支撑构件，能有效地增加结构的抗侧刚度，抵抗水平荷载作用［2-3］。满堂扣件式钢管脚手架在纵横方向是由不少于三排的立杆构成，并与水平杆、水平斜撑、竖向斜撑等构件通过扣件连接形成的承力支架。该架体承受浇筑混凝土的自重及施工荷载，通过楼层模板下的木枋传递给立杆，顶部立杆呈偏心受压状态［4-5］，其受力形式如图1，试验模型搭设如图2所示。

图1　满堂脚手架受力形式

图2　试验模型搭设

2　试验装置与方法

2.1试验目的

满堂扣件式脚手架在竖向荷载作用下，根据事先粘贴在钢管外表面的应变片，经换算得到相应的内力。根据内力的不同分布，研究其传力途径，分析在竖向荷载作用下，扣件式钢管脚手架在不同的搭设方案下架体的极限承载力和破坏模式，以分析不同步距及斜撑等脚手架构造措施对脚手架承载力的影响。

2.2试验方案

满堂扣件式钢管脚手架搭设为3×3跨，架体高度4m，架体试验方案1立杆间距为0.95m，一道水平杆，步距为1.95m，在中部一个方向设置一道竖斜撑。架体试验方案2立杆间距为0.95m，二道水平杆，步距为1.3m，在中部2个方向各设置一道竖斜撑，研究斜撑的使用和拆除对于架体承载力的影响。

试验由同一油泵进行同步静力加载，荷载传递通过液压千斤顶施加力在工字型梁上，通过工字型梁施加荷载在20mm的钢板上，使液压千斤顶的荷载均匀地传递给试验脚手架加载区域，保证脚手架受到均布荷载，脚手架的荷载加载示意图如图3所示。

图3　脚手架的荷载加载图

2.2.1应变片测点布置

应变片粘结在钢管表面，具体的测点布置如图4-图13所示。

图4　架体方案1底层应变片布置图

图5　架体方案1二层应变片布置图

图6　架体方案1顶层应变片布置图

图7　架体方案1 （1-1）剖面应变片布置图

图8　架体方案2底层应变片布置图

图9　架体方案2二层应变片布置图

图10　架体方案2三层应变片布置图

图11　架体方案2顶层应变片布置图

图12　架体方案2（1-1）剖面应变片布置图

图13　架体方案2（2-2）剖面应变片布置图

2.2.2加载方案

由于本文主要分析扣件式钢管脚手架的步距和斜撑对架体承载力的影响，因此，在试验中制定了如下三种加载方案：

（1） 架体方案1的整体加载；

（2） 架体方案2的整体加载；

（3） 架体方案2在去除2#斜撑后加载。

3　试验结果及分析

3.1不同步距的两组脚手架的受力分析

由架体试验方案1、试验方案2试验测得的各测点换算后的应力值，选取同样承受较大荷载的架体方案1中11#立杆上的测点，15#，6#，9#，19#，7#，12#（按测点位置由上往下的顺序排列，下同）以及架体方案2中10#立杆上的测点29#，28#，25#，32#，11#，4#，5#进行对比分析。两立杆上各测点的应力变化图如图14、15所示。

图14　架体方案1中11#立杆各测点应力变化

图15　架体方案2中10#立杆各测点应力变化

从中选取同处于两立杆顶端，底端大致相同位置的三组测点15#和29#，7#和4#，12# 和5#应力值对比如图16、17、18所示。

图16　15#测点与29#测点应力变化对比

图17　7#测点与4#测点应力变化对比

可以看出，在同样的竖向荷载作用下，架体方案1中11#立杆上所有测点的应力值均大于架体方案2中10#立杆上测点的应力值。11#立杆部分测点的应力值近似是10#立杆的两倍。同样的，在不同荷载的作用下，随着荷载的增大，11#立杆各测点的应力成不规则形式递增，期间应力值发生数次突变。而10#立杆各测点的应力值近似成线性形式稳定递增。通过对比可以得知，架体方案2相对于架体方案1具有更高的承载能力和稳定性。

同时，经计算可以得出，在立杆间距相同时（0.95 m×0.95m），步距减小（从1.95减小到1.3m），满堂脚手架的承载能力提高近20%，且受力规律也发生了较大变化，步距为1.95m时，中间立杆上部承受全部荷载的70%以上，由于水平杆和斜撑的作用，中间立杆下部承受全部荷载的50%左右；步距为1.3m时，中间立杆上部承受全部荷载的55%左右，而下部仅为40%左右。

3.2有无斜撑状态下同一组脚手架受力分析

架体方案2立杆间距为0.95m，步距为1.3m，拆除2#斜撑前后，立杆上各测点的应力值较有斜撑的状态下增加了5%到10%。其中，拆除2#斜撑后10#各测点应力变化如图19所示。由图19可看出，拆除斜撑后，25#测点在拆除斜撑后应力比拆除前增加了30%到40%。与此同时，位于10#立杆两侧的水平杆上测点26#、27#的应力比斜撑拆除之前增加了15%到30%。

由此可见在立杆间距、步距不变的情况下，斜撑对整个架体的受力及稳定性有较大影响，当去除斜撑时，中间立杆上部承受的荷载提高10%左右，立杆中部承受的荷载提高30%左右。水平杆和扫地杆所承受的荷载也有所提高，整个架体的横向刚度明显降低。

图18　12#测点与5#测点应力变化对比

图19　拆除2#斜撑后10#各测点应力变化

4　结论与展望

通过搭设两组不同步距的脚手架，分析了不同步距和斜撑对脚手架承载力的影响，得出以下结论：

（1）满堂扣件式钢管脚手架外部立杆承受的荷载较小，内部立杆承受的荷载较大。在其他条件相同的情况下，就本试验步距减小0.65m，脚手架整体承载力提升近20%。减小脚手架的步距，可以显著提高脚手架内部立杆的承载能力，在脚手架的搭设过程中，应避免出现步距过大的情况。

（2）在其它条件相同的情况下，减少一道斜撑，中间立杆上部受力增加10%，中部受力增加30%，使得本就承受较大荷载的中间立杆更易遭到破坏。同时，水平杆和扫地杆所承受的荷载也有所提高，整个架体的横向刚度明显降低。因此，斜撑对提高满堂扣件式钢管脚手架的承载力和稳定性有着重要的影响。在实际搭设过程中，应引起足够的重视。

参考文献

［1］陆征然. 扣件式钢管满堂支承体系理论分析与试验研究［D］.天津：天津大学建筑工程学院，2010.

［2］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［J］. 土木工程学报，2012（01）：49-60.

［3］崔建华，计洋海，梁义. 满堂扣件式钢管脚手架应力传递规律试验研究［J］. 安徽建筑大学学报，2014，22 （06）：14-20.

［4］汪冬. 扣件式钢管模板支架稳定承载力理论分析与试验研究［D］. 天津：天津大学建筑工程学院，2009.

［5］高新新. 扣件式钢管支架体系稳定承载力分析［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学土木工程学院，2013.

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

基金项目：安徽省高等教育振兴计划项目（2014zdjy093）；安徽省教育厅质量工程项目（2014gxk063）

收稿日期：2015-05-04

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160208

中图分类号：TU731.2

文献标识码：A

文章编号：2095-8382（2016）02-036-06