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摘要:

簡述了扣件式鋼管支模架的研究現狀，結合相關規范要求，提出了扣件抗扭性能的試驗研究方法，并對其試驗過程進行了說明，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計算及有限元模擬提供了依據。

關鍵詞:

扣件式支模架，抗扭性能，剛度，荷載

扣件式支模架由于其靈活性、通用性和經濟性，被廣泛應用于我國的建筑行業。然而多發的建筑災害在嚴重的危害到工人們的生命安全、造成惡劣社會影響的同時，讓越來越多的人關注到扣件式支模架的安全使用問題。對支模架倒塌的事故進行分析，發現其主要原因在于對結構設計和受力程度認識的不全面。扣件式支模架的連接點，屬于半剛性節點，它的力學性能介于剛性節點和鉸節點之間。我國《鋼結構設計規范》［1］對半剛性節點雖然有所提及，但是并未提供具體的設計和計算方法。

1研究背景

敖鴻斐［2］在對四組試件測試的基礎上，提出一個簡化的彎矩和轉角之間的函數關系，該函數關系對彎矩和轉角采用了線性表示。式(1)在確定彎矩和轉角之間關系時無疑是很方便的，但該式相當于將節點完全視為剛節點，在應用中誤差較大。袁雪霞［3］認為節點的剛性強弱主要取決于其扣件連接的螺栓擰緊程度，故采用有限元計算程序，模擬扣件節點的半剛性，通過擬合得到了包含兩個參數彎矩—轉角(M—θ)的對數函數模型。張化振［4］所得到的直角扣件的初始扭轉剛度線性回歸直線是在取扭矩M與轉角θ的試驗數據平均值的前提下進行擬合的，導致結論不夠精確。故若通過實驗，將大量不同情況的扣件利用試驗所測得的扣件的彎矩—轉角(M—θ)關系利用MATLAB軟件進行離散性數據分析，分別作出分布圖像，即二者在一定范圍內的相互關系的變化情況，則可以得到每一組數據的初始連接剛度和形狀參數，再統計出二者的頻數分布規律，則可以更好的研究直角扣件的抗扭性能，進而為扣件式鋼管支模架穩定性和可靠性分析提供依據。

2研究方法

為研究扣件的抗扭性能，根據《鋼管腳手架扣件規范》［5］相關規定，對扣件扭轉剛度性能試驗，主要采用有限元計算程序模擬扣件節點的半剛性，并得到扭矩M與轉角θ的關系。應用MAT-LAB程序，對上述關系式運用二參數對數非線性模型，選用5組不同的扣件螺栓擰緊力矩T，分別為:20N•m，30N•m，40N•m，50N•m，60N•m進行10組試驗，建立M—θ關系模型，將數據進行非線性回歸，確定出n和Rk的值。再統計出不同擰緊力矩T作用下Rk和n的頻數分布規律，并作出Rk的分布頻數圖。再由Rk—T關系，得到直角扣件的初始扭轉剛度公式。最后根據數據，可得到扣件的最佳擰緊力矩范圍，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計算及有限元模擬提供依據，同時對工程實際應用提供參考。

3試驗過程

本試驗的加載方案如圖1所示。根據我國現行的《鋼管腳手架扣件規范》［5］中所提供的扣件扭轉剛度性能試驗方法，將扣件安裝在兩根互相垂直的型號為48．3×3．6mm的鋼管上，橫管長2100mm，在距中心1000mm處的橫管上加荷載P，在無荷載端距中心1000mm處測量橫管位移值f。首先預加荷20N，將位移測量儀表調整到零點，第一級加荷80N，然后以每100N為一級加荷，并加載到900N。

4后續分析

在該試驗的基礎上，由試驗結果分析得知，扣件的彎矩—轉角(M—θ)曲線離散型較大，造成該結果的最重要的因素是扣件本身的質量問題，故有必要對扣件抗扭剛度影響因素進行試驗，其中不同扣件的質量m，扣件的蓋板厚度b與扣件應力薄弱處(根據試驗中扣件的破壞和損傷提出)的尺寸h差異較大。將試驗所用部分扣件作以比較，認為這種扣件本身的差異直接影響了模板支架整體的承載力，因此可以對這種差異性利用SPSS進行相關度的分析，研究扣件自身性質對其抗扭性能的影響，為扣件式鋼管模板支撐體系承載力的計算及有限元模擬提供依據。由于扣件有一定的使用壽命，故其新舊程度一定會對性能造成影響，故在比較其抗扭剛度影響時，應采用新舊程度大致相同的扣件。對于扣件新舊程度可基于《鋼管腳手架扣件規范》［5］的相關規定判斷扣件各部分的裂紋、螺栓、螺母、墊圈和鉚釘的尺寸等是否符合規范，蓋板與座的張開距離等因素對扣件加以區分。

參考文獻:

［1］GB50013—2003，鋼結構設計規范［S］．

［2］敖鴻斐．雙排扣件式鋼管腳手架的極限穩定承載力研究［J］．力學季刊，2004，25(2):213-218．

［3］袁雪霞，金偉良，魯征，等．扣件式鋼管支模架穩定承載能力研究［J］．土木工程學報，2006，39(5):43-50．

［4］張化振．扣件式高大模板支架的節點半剛性和整體承載力研究［D］．西安:西安建筑科技大學碩士學位論文，2008．

［5］GB15831—2006，鋼管腳手架扣件規范［S］．

作者：何昊 單位：南昌大學建筑工程學院