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钢管支模架扣件抗扭性能探讨

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摘要:

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。

关键词:

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。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。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MAT-LAB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:20N•m,30N•m,40N•m,50N•m,60N•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48.3×3.6mm的钢管上,横管长2100mm,在距中心1000mm处的横管上加荷载P,在无荷载端距中心1000mm处测量横管位移值f。首先预加荷20N,将位移测量仪表调整到零点,第一级加荷80N,然后以每100N为一级加荷,并加载到900N。

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。

参考文献:

[1]GB50013—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]GB15831—2006,钢管脚手架扣件规范[S].

作者:何昊 单位:南昌大学建筑工程学院

钢管支模架扣件抗扭性能探讨责任编辑:杨雪    阅读:人次
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