钢管扣件式满堂脚手架承载性能试验探讨

2022-04-07李玉宾

工程与建设 2022年1期

李玉宾

(贵州逢源恒通工程项目管理咨询有限公司，贵州贵阳 550001)

0 引言

在建筑施工过程中，施加在满堂脚手架顶层水平杆上的上部荷载通过连接扣件传递至立杆，而且顶部荷载施加方式可能存在偏心问题。此外，当满堂脚手架架体顶端堆放较多建筑材料、施工设备、预制构件时，其堆载区域和架体重心之间也会产生较大偏心距，增大满堂脚手架发生局部杆件超载失稳甚至架体倒塌的可能性。而且，若所使用扣件拧紧力矩不达标，扣件承载力下降，质量低下，则在建筑施工过程中，满堂脚手架上部施工荷载形式将更加复杂，期间会发生扣件松动、滑脱、断裂、螺栓变形、拉断，导致扣件失效，超高满堂脚手架倾斜坍塌。可见，进行满堂脚手架扣件失效假设下承载性能的分析十分必要。本文正是基于以上所提到的两种偏心情况，以位于贵阳市观山湖区云潭南路与兴筑路交界处的某大型住宅楼项目为依托，进行钢管扣件式满堂脚手架承载性能的试验探讨。

1 试验设计

本试验所用钢管扣件均取自施工现场，并任意抽取3根钢管进行材料性能试验，针对施工过程中脚手架顶部会出现局部堆载施工设备、材料等情况，选择脚手架顶部全区域施加荷载和半区域施加荷载的两种荷载施加方式。而且，脚手架在建筑施工过程中属于使用非常频繁的工具设备，部分扣件松动、破坏失效的不利工况较为常见，所以在试验中人为随机选择20%的直角扣件使其螺栓扣件完全松开并失效。与此同时，还考虑到剪刀撑旋转扣件破坏进而使剪刀撑失效的工况[1]。

本试验主要进行以上九种工况下满堂脚手架承载性能试验。试验过程中，将千斤顶所施加的集中荷载通过4台液压千斤顶、2道分配梁均匀传递至满堂脚手架顶层横向水平杆。在九种工况下，试验模型步距均为1.8 m，立杆设置间距均为1.3 m×1.3 m，脚手架高宽比均为2，架高8.00 m，荷载施加方式[2]具体见表1。

表1 九种工况下荷载施加方式

2 试验过程及结果

2.1 试验过程

(1) 当全部剪刀撑和扣件均处于完好状态时，在满堂脚手架顶部全区域施加荷载，则模型会表现出整体性失稳，且满堂脚手架立杆均沿刚度较小方向表现出“S”形变形，变形波长为步距的2.0倍；“S”形曲线的反弯点主要位于剪刀撑中间层，在反弯点以上立杆表现出较大的侧向变形，而反弯点以下则侧向变形小。

(2) 20%的直角扣件处于失效状态后，在满堂脚手架顶部全区域施加荷载，则模型发生整体失稳，扣件失效处的立杆表现出沿刚度较小方向的“S”形变形和侧向位移。

(3) 在满堂脚手架顶部半区域施加荷载时，千斤顶正下方水平杆表现出十分明显的竖向变形，且周围立杆顶部也出现较大侧向位移，整体上表现为鼓曲形式的失稳。满堂脚手架结构也出现逆时针扭转，且在20%直角扣件失效工况下，扭转更加严重。

(4) 在模型中不设置剪刀撑以模拟水平剪刀撑连接扣件失效工况。扣件完好时，满堂脚手架顶部全区域施加荷载的情况下，模型表现出整体失稳，且各立杆沿刚度较弱方向发生大波变形。而满堂脚手架顶部半区域施加荷载时，脚手架整体表现出比顶部全区域施加荷载更严重的扭转变形。20%直角扣件失效且模型失稳时，顶角立杆和竖向剪刀撑连接处直角扣件发生崩裂破坏，导致与之相连的竖向剪刀撑失效。

(5) 全部剪刀撑均失效(即在模型中不设置剪刀撑)，当扣件处于完好状态，则满堂脚手架顶部全区域施加荷载的情况下模型表现出整体性失稳，且立杆均沿刚度较小方向出现整体性大波鼓曲变形。

2.2 试验结果

2.2.1 承载力试验结果

通过模拟试验所得出的九种工况下脚手架模型承载力结果详见表2。根据对剪刀撑影响满堂脚手架承载性能的分析发现，不管满堂脚手架顶部荷载施加方式如何，一旦发生剪刀撑失效，脚手架承载力均会表现出不同程度的下降[3]。在满堂脚手架顶部全区域施加荷载的情况下水平剪刀撑承载力降低幅度为28.94%，几乎失效；而在20%直角扣件失效的情况下，水平剪刀撑承载力降幅为23.97%。满堂脚手架顶部半区域施加荷载且扣件完好的情况下，水平剪刀撑承载力降幅为12.71%；而在20%直角扣件失效的情况下，承载力降幅为2.43%。为保证试验过程的安全性及与具体施工过程的相符性，在全部剪刀撑均失效时，只分析满堂脚手架顶部半区域施加荷载且扣件全部完好的情况，此工况下满堂脚手架承载力比全部剪刀撑完好工况降低54.01%。

表2 九种工况下满堂脚手架模型承载力

根据上述试验结果，通过增强剪刀撑设置的合理性，并使其在全过程中完全有效并发挥作用，对于满堂脚手架结构的稳定及承载性能十分重要[4]。为此，在建筑施工过程中，必须加强剪刀撑各连接扣件的完整性、螺栓拧紧程度等的定期检查，确保满堂脚手架安全稳定性。

2.2.2 满堂脚手架顶部荷载施加方式的影响

根据试验结果，当全部剪刀撑有效且扣件完好时，在满堂脚手架顶部半区域施加荷载情况下的承载力比顶部全区域施加荷载时降低28.19%；当20%直角扣件失效，则承载力比顶部全区域施加荷载时降低42.91%。当水平剪刀撑失效且扣件完好时，满堂脚手架顶部半区域施加荷载情况下的承载力比顶部全区域施加荷载时降低13.21%；当20%直角扣件失效，则承载力比顶部全区域施加荷载时降低27.87%。通过观察模型发现，在此种不利工况下，满堂脚手架大部分立杆发生偏转，脚手架发生整体性失稳。所以，在具体施工过程中，必须确保满堂脚手架顶部荷载均匀，防止因局部堆放过多材料、设备而导致偏心距过大，对于必须堆放的施工材料必须采取有效的加固措施，并应分散堆放，避免局部荷载过于集中。

2.2.3 满堂脚手架扣件完整性的影响

由试验结果可知，当全部剪刀撑有效且在满堂脚手架顶部全区域施加荷载时，如果20%直角扣件失效，则其承载力降幅为19.65%；而在满堂脚手架顶部半区域施加荷载时，承载力降幅达36.94%。当水平剪刀撑失效且在满堂脚手架顶部全区域和半区域施加荷载时，其承载力下降幅度分别为14.11%和28.40%。可见，钢管扣件式满堂脚手架因扣件可多次循环使用，磨损、锈蚀甚至失效的情况十分常见，且建筑结构上部荷载形式复杂，在施工期间一旦发生扣件螺栓松动、松脱、失效，便会导致满堂脚手架发生屈曲破坏[5]，甚至架体倒塌，必须予以重视。