扣件式钢管支模架扣件抗扭性能的研究

何 昊

(南昌大学建筑工程学院，江西 南昌 330000)



扣件式钢管支模架扣件抗扭性能的研究

何 昊

(南昌大学建筑工程学院，江西 南昌 330000)

简述了扣件式钢管支模架的研究现状，结合相关规范要求，提出了扣件抗扭性能的试验研究方法，并对其试验过程进行了说明，为扣件式钢管模板支撑体系承载力的计算及有限元模拟提供了依据。

扣件式支模架，抗扭性能，刚度，荷载

扣件式支模架由于其灵活性、通用性和经济性，被广泛应用于我国的建筑行业。然而多发的建筑灾害在严重的危害到工人们的生命安全、造成恶劣社会影响的同时，让越来越多的人关注到扣件式支模架的安全使用问题。对支模架倒塌的事故进行分析，发现其主要原因在于对结构设计和受力程度认识的不全面。扣件式支模架的连接点，属于半刚性节点，它的力学性能介于刚性节点和铰节点之间。我国《钢结构设计规范》[1]对半刚性节点虽然有所提及，但是并未提供具体的设计和计算方法。

1 研究背景

敖鸿斐[2]在对四组试件测试的基础上，提出一个简化的弯矩和转角之间的函数关系，该函数关系对弯矩和转角采用了线性表示，即：

M=kθ

(1)

其中，k为脚手架扣件连接的转动刚度。

式(1)在确定弯矩和转角之间关系时无疑是很方便的，但该式相当于将节点完全视为刚节点，在应用中误差较大。

袁雪霞[3]认为节点的刚性强弱主要取决于其扣件连接的螺栓拧紧程度，故采用有限元计算程序，模拟扣件节点的半刚性，通过拟合得到了包含两个参数弯矩—转角(M—θ)的对数函数模型，即：

M=nln(1+Rkθ/n)

(2)

其中,Rk为初始连接刚度；n为形状参数。

张化振[4]所得到的直角扣件的初始扭转刚度线性回归直线是在取扭矩M与转角θ的试验数据平均值的前提下进行拟合的，导致结论不够精确。故若通过实验，将大量不同情况的扣件利用试验所测得的扣件的弯矩—转角(M—θ)关系利用MATLAB软件进行离散性数据分析，分别作出分布图像，即二者在一定范围内的相互关系的变化情况，则可以得到每一组数据的初始连接刚度和形状参数，再统计出二者的频数分布规律，则可以更好的研究直角扣件的抗扭性能，进而为扣件式钢管支模架稳定性和可靠性分析提供依据。

2 研究方法

为研究扣件的抗扭性能，根据《钢管脚手架扣件规范》[5]相关规定，对扣件扭转刚度性能试验，主要采用有限元计算程序模拟扣件节点的半刚性，并得到扭矩M与转角θ的关系。 应用MATLAB程序，对上述关系式运用二参数对数非线性模型，选用5组不同的扣件螺栓拧紧力矩T，分别为：20 N·m,30 N·m,40 N·m,50 N·m,60 N·m进行10组试验，建立M—θ关系模型，将数据进行非线性回归，确定出n和Rk的值。再统计出不同拧紧力矩T作用下Rk和n的频数分布规律，并作出Rk的分布频数图。 再由Rk—T关系，得到直角扣件的初始扭转刚度公式。最后根据数据，可得到扣件的最佳拧紧力矩范围，为扣件式钢管模板支撑体系承载力的计算及有限元模拟提供依据，同时对工程实际应用提供参考。

3 试验过程

本试验的加载方案如图1所示。根据我国现行的《钢管脚手架扣件规范》[5]中所提供的扣件扭转刚度性能试验方法，将扣件安装在两根互相垂直的型号为φ48.3×3.6 mm的钢管上，横管长2 100 mm，在距中心1 000 mm处的横管上加荷载P，在无荷载端距中心1 000 mm处测量横管位移值f。首先预加荷20 N，将位移测量仪表调整到零点，第一级加荷80 N，然后以每100 N为一级加荷，并加载到900 N。在每级荷载下应立即记录测读值f，构件的转角θ值可表示为：

θ=arctanf/1 000

(3)

改变不同的拧紧力矩，在20 N·m,30 N·m,40 N·m,50 N·m,60 N·m时，分别记录荷载和钢管右端的位移f。

4 后续分析

在该试验的基础上，由试验结果分析得知，扣件的弯矩—转角(M—θ)曲线离散型较大，造成该结果的最重要的因素是扣件本身的质量问题，故有必要对扣件抗扭刚度影响因素进行试验，其中不同扣件的质量m，扣件的盖板厚度b与扣件应力薄弱处(根据试验中扣件的破坏和损伤提出)的尺寸h差异较大。将试验所用部分扣件作以比较，认为这种扣件本身的差异直接影响了模板支架整体的承载力，因此可以对这种差异性利用SPSS进行相关度的分析，研究扣件自身性质对其抗扭性能的影响,为扣件式钢管模板支撑体系承载力的计算及有限元模拟提供依据。

由于扣件有一定的使用寿命，故其新旧程度一定会对性能造成影响，故在比较其抗扭刚度影响时，应采用新旧程度大致相同的扣件。对于扣件新旧程度可基于《钢管脚手架扣件规范》[5]的相关规定判断扣件各部分的裂纹、螺栓、螺母、垫圈和铆钉的尺寸等是否符合规范，盖板与座的张开距离等因素对扣件加以区分。

[1] GB 50013—2003，钢结构设计规范[S].

[2] 敖鸿斐.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.

[3] 袁雪霞，金伟良，鲁 征，等.扣件式钢管支模架稳定承载能力研究[J].土木工程学报，2006，39(5):43-50.

[4] 张化振.扣件式高大模板支架的节点半刚性和整体承载力研究[D].西安：西安建筑科技大学硕士学位论文,2008.

[5] GB 15831—2006，钢管脚手架扣件规范[S].

Research on fastener torsional performance of fastener type steel tube form work

He Hao

(ArchitectureandEngineeringCollege,NanchangUniversity,Nanchang330000,China)

This paper briefly described the research status of fastener type steel form work, combining with the relevant regulations requirements, proposed the test research method of fastener torsional performance, and illustrated its test process, provided basis for the calcuation and finite element simulation of fastener type steel pipe form work support system bearing capacity.

fastener type form work, torsional performance, stiffness, load

1009-6825(2016)10-0052-02

2016-01-22

何 昊(1994- )，男，在读本科生

TU311

A