風(fēng)荷載作用下鋼管腳手架新型外掛防護(hù)網(wǎng)受力性能試驗(yàn)研究

靳立佳，王秀麗，2，崔 健

(1.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州理工大學(xué)西部土木工程防災(zāi)減災(zāi)教育部工程研究中心，甘肅 蘭州 730050)

近年來(lái)，隨著高層建筑的大量興建，高空施工防護(hù)已成為建筑施工過(guò)程中不可或缺的設(shè)備，其中應(yīng)用最為普遍的防護(hù)設(shè)備就是各種形式的腳手架。而在腳手架的設(shè)計(jì)計(jì)算中，尤其是超高層建筑，風(fēng)荷載作為其主導(dǎo)的設(shè)計(jì)荷載對(duì)腳手架的安全使用起著決定性的作用。由于風(fēng)荷載的計(jì)算要考慮到腳手架風(fēng)荷載體型系數(shù)，而體型系數(shù)又與建筑物的形式、外掛防護(hù)的情況等有關(guān)。目前，腳手架的防護(hù)結(jié)構(gòu)大多采用編織綠網(wǎng)，它的可重復(fù)使用性較差，而且風(fēng)化情況較為嚴(yán)重，如果工期較長(zhǎng)，它的安全性則成為重要問(wèn)題。就目前腳手架這種情況，一些單位設(shè)計(jì)并使用了一種新型的外掛防護(hù)網(wǎng)，該防護(hù)網(wǎng)包括沖孔薄鋼板網(wǎng)片、方型鋼管外框和斜撐，每塊防護(hù)網(wǎng)通過(guò)4個(gè)連接件固定在腳手架上。有關(guān)腳手架風(fēng)荷載問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從理論計(jì)算、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面進(jìn)行了大量的研究，但對(duì)于這種配備新型外掛防護(hù)網(wǎng)的鋼管腳手架的風(fēng)荷載問(wèn)題還未有研究，已形成了實(shí)際施工先于理論研究的局面。基于此，為了更深入地了解鋼管腳手架新型外掛防護(hù)體系在風(fēng)荷載作用下的受力特性，本文通過(guò)室內(nèi)水平往復(fù)荷載試驗(yàn)，分析得到該新型外掛防護(hù)網(wǎng)在往復(fù)荷載作用下的最大變形、破壞最薄弱位置以及對(duì)整個(gè)鋼管腳手架架體的影響，并得到一些定量或定性的結(jié)論，以為工程研究和設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

本工程為蘭州新區(qū)中川商務(wù)中心項(xiàng)目，建設(shè)地點(diǎn)位于蘭州新區(qū)黃河大道貴清山路。2樓樓層高為8層，首層為6 m，標(biāo)準(zhǔn)層為4.2 m，建筑高度為39 m。腳手架搭設(shè)采用工字鋼懸挑式雙排鋼管腳手架，4層一次懸挑，第一次懸挑部位為1層頂，一次懸挑高度為18.3 m；第二次懸挑部位為6層底板，一次懸挑高度為14.1 m。鋼管腳手架外掛防護(hù)體系采用新型沖孔薄鋼板外掛防護(hù)網(wǎng)(見(jiàn)圖1)， 其中一塊標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)網(wǎng)是由長(zhǎng)寬為1 800 mm×1 200 mm、厚度為0.5 mm的沖孔網(wǎng)片和橫截面為20 mm×20 mm、壁厚為1.5 mm的鍍鋅方型鋼管作為外框和斜撐組成，每塊防護(hù)網(wǎng)又通過(guò)4個(gè)連接件安裝在腳手架外側(cè)(見(jiàn)圖2)。連接件是由

Φ

48 mm×3 mm、長(zhǎng)300 mm的圓鋼管和兩個(gè)C型卡槽焊接而成(見(jiàn)圖3)。沖孔網(wǎng)片共有19×28個(gè)組合的圓孔(見(jiàn)圖4)，一個(gè)組合又有5×5個(gè)直徑為5 mm的圓孔(見(jiàn)圖5)。防護(hù)網(wǎng)的安裝方法為：先將4個(gè)連接件用扣件固定在腳手架上，然后再將防護(hù)網(wǎng)放入連接件的C型卡槽中。防護(hù)網(wǎng)和腳手架架體部分均采用Q235A級(jí)鋼材，鋼材的彈性模量取

E

=200 GPa，泊松比

μ

=0.3，鋼材密度

ρ

=7 850 kg/m。

圖1 鋼管腳手架新型外掛防護(hù)網(wǎng)Fig.1 New type of external protective net

圖2 防護(hù)網(wǎng)與腳手架連接Fig.2 Connection of protective net and scaffold

圖3 防護(hù)網(wǎng)連接件Fig.3 Connector of protective net

圖4 一塊標(biāo)準(zhǔn)沖孔網(wǎng)片F(xiàn)ig.4 Standard punch mesh

圖5 一個(gè)組合圓孔Fig.5 A set of round hole

2 試驗(yàn)方案

2.1 試件設(shè)計(jì)

圖6 分載裝置示意圖Fig.6 Drawing of load sharing device

本次試驗(yàn)的目的旨在模擬鋼管腳手架新型外掛防護(hù)網(wǎng)在風(fēng)荷載作用下的受力變形規(guī)律。試驗(yàn)將均布的風(fēng)荷載等效為集中荷載作用于外掛防護(hù)網(wǎng)上。為此，選取8塊標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)網(wǎng)單元，設(shè)計(jì)兩組試件兩種分載裝置，使水平推力同時(shí)作用于防護(hù)網(wǎng)的斜撐交叉部位或網(wǎng)面部位，見(jiàn)圖6。圖中藍(lán)色部分為本次試驗(yàn)所取的8塊標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)網(wǎng)單元;黃色和灰色部分為分載裝置。其中，左側(cè)圖示為一級(jí)分載裝置，由5塊方形鋼板和4根圓鋼管(

Φ

76 mm×4 mm)焊接而成，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)4塊防護(hù)網(wǎng)的斜撐交叉部位進(jìn)行加載；右側(cè)圖示為二級(jí)分載裝置，由一級(jí)分載裝置疊加4個(gè)“爪”型結(jié)構(gòu)組成，每個(gè)“爪”型結(jié)構(gòu)又分別由5塊方形鋼板和4根圓鋼管(

Φ

48 mm×3 mm)焊接而成，一級(jí)分載裝置與“爪”型結(jié)構(gòu)通過(guò)螺栓連接，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)4塊防護(hù)網(wǎng)沖孔網(wǎng)面部位進(jìn)行加載。

2.2 加載裝置

加載裝置主要由MTS電液伺服作動(dòng)器控制，通過(guò)4組32 mm的螺栓將分載裝置與作動(dòng)器連接，于是作動(dòng)器的水平推力分別作用在兩種分載裝置上，由作動(dòng)器的頂出和收縮，實(shí)現(xiàn)對(duì)防護(hù)網(wǎng)的斜撐交叉處和沖孔網(wǎng)面處施加水平往復(fù)荷載。加載裝置正立面圖，見(jiàn)圖7。

1.試件;2.加載裝置;3.MTS電液伺服作動(dòng)器;4.大型反力墻圖7 加載裝置正立面圖Fig.7 Front elevation of loading device

兩種分載裝置分別選取4塊外掛防護(hù)網(wǎng)單元，安裝在雙排鋼管腳手架上，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖8。

圖8 分載裝置試驗(yàn)連接Fig.8 Experimental connection of load sharing device

2.3 加載制度

水平荷載采用位移控制的方法由作動(dòng)器進(jìn)行施加，由于實(shí)際風(fēng)荷載作用于板狀結(jié)構(gòu)時(shí)，不僅會(huì)產(chǎn)生迎風(fēng)面的正壓，還會(huì)產(chǎn)生背風(fēng)面的負(fù)壓，使結(jié)構(gòu)受到來(lái)回往復(fù)的風(fēng)力，因此本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了往復(fù)循環(huán)的加載方式。具體加載過(guò)程為：每0.5 s施加1 mm的位移，每5 mm持荷45 s，當(dāng)位移每增加10 mm時(shí)，開(kāi)始循環(huán)加載，且循環(huán)3周，直至試件破壞。試驗(yàn)加載制度，見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)加載制度

2.4 測(cè)點(diǎn)布置

本次防護(hù)網(wǎng)測(cè)點(diǎn)布置分為一級(jí)分載和二級(jí)分載兩組，一級(jí)分載有15個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)和3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，二級(jí)分載有14個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)和3個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，每個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)處有動(dòng)、靜2個(gè)應(yīng)變片，兩組應(yīng)變片共計(jì)58個(gè)。一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)布置，見(jiàn)圖9。

圖9 一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.9 Arrangement of measurement points of level 1 and level 2 load sharing

一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)所在結(jié)構(gòu)的具體位置，見(jiàn)表2。

表2 一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的具體位置

試驗(yàn)中分別采用應(yīng)變片(電阻為120Ω，靈敏度系數(shù)為2.02，柵長(zhǎng)寬2 mm×3 mm，1/4橋接法)、ST-LASAER-10激光測(cè)距儀(測(cè)距范圍為0.05～50 m，測(cè)量精度為±0.5 mm)對(duì)防護(hù)網(wǎng)在水平往復(fù)荷載作用下的應(yīng)變和位移數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，其中應(yīng)變數(shù)據(jù)采用江蘇東華生產(chǎn)的DH3816型靜態(tài)應(yīng)變儀和北京東方所生產(chǎn)的INV3060V2型動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)共同采集；位移數(shù)據(jù)采用激光測(cè)距儀配套的軟件連接電腦進(jìn)行采集。

3 試驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)分析

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

當(dāng)采用一級(jí)分載裝置加載時(shí)，在防護(hù)網(wǎng)斜撐處施加壓力的過(guò)程中伴隨的“叭叭”響聲，是防護(hù)網(wǎng)網(wǎng)面被拉緊時(shí)發(fā)出的;隨著位移的增大，斜撐帶動(dòng)網(wǎng)面出現(xiàn)輕微的平面外鼓曲[圖10(a)]，接著繼續(xù)增大位移，防護(hù)網(wǎng)外框和斜撐出現(xiàn)彎曲變形，期間伴隨著由于連接件扣件松動(dòng)造成的防護(hù)網(wǎng)前后滑移；最后，隨著位移的繼續(xù)增大，防護(hù)網(wǎng)有部分網(wǎng)面鉚釘脫落，斜撐與外框焊接的不牢靠處也隨之發(fā)生斷裂分離[圖10(d)]，防護(hù)網(wǎng)下邊緣從一側(cè)卡槽中滑移脫出，緊接著又從下邊緣的另一側(cè)卡槽中滑移脫出[圖10(c)]。

當(dāng)采用二級(jí)分載裝置加載時(shí)，與一級(jí)分載裝置不同的是：二級(jí)分載裝置是在防護(hù)網(wǎng)斜撐交叉分割的網(wǎng)面中點(diǎn)處進(jìn)行加載，隨著加載位移的不斷增大，防護(hù)網(wǎng)網(wǎng)面首先出現(xiàn)輕微的平面外鼓曲，然后帶動(dòng)斜撐及外框發(fā)生彎曲變形[圖10(b)]，最后從連接件卡槽中滑移脫出。

綜合一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下的試驗(yàn)現(xiàn)象，將最終的試件破壞定義為：在試驗(yàn)過(guò)程中，防護(hù)網(wǎng)出現(xiàn)從兩個(gè)或兩個(gè)以上的連接件卡槽中脫出的現(xiàn)象，即視為試件破壞，此時(shí)終止加載。

圖10 試驗(yàn)現(xiàn)象Fig.10 Experiment phenomena

3.2 防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)應(yīng)變分析

3.2.1 一級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變變化

當(dāng)采用一級(jí)分載裝置施加位移荷載時(shí)，在試驗(yàn)全程中防護(hù)網(wǎng)的外框、斜撐、連接件、架體和連接件卡槽上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變變化，見(jiàn)圖11至圖14。

圖11 試驗(yàn)過(guò)程中防護(hù)網(wǎng)外框各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變變化曲線Fig.11 Change curves of the strain at the measuring points of the outer frame of the protective net

圖12 試驗(yàn)過(guò)程中防護(hù)網(wǎng)斜撐各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變變化曲線Fig.12 Change curves of the strain at the measuring points of the diagonal brace of the protective net

圖13 試驗(yàn)過(guò)程中防護(hù)網(wǎng)連接件和架體鋼管上各測(cè) 點(diǎn)的應(yīng)變變化曲線Fig.13 Change curves of the strain at the measuring points of the connections and frame steel pipes

圖14 試驗(yàn)過(guò)程中防護(hù)網(wǎng)連接件卡槽上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變 變化曲線Fig.14 Change curves of the strain at the measuring points of the slot of connections

由圖11至圖14可以看出:

(1) 試驗(yàn)過(guò)程中，防護(hù)網(wǎng)的外框、斜撐、連接件、架體和連接件卡槽上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的整體應(yīng)變變化規(guī)律與試驗(yàn)加載制度基本相符，都是由最初的微小應(yīng)變開(kāi)始逐漸增加，每增加一個(gè)5 mm的位移開(kāi)始持荷，即出現(xiàn)平臺(tái)階段；每增加一個(gè)10 mm的位移開(kāi)始循環(huán)加載，即出現(xiàn)往復(fù)的應(yīng)變階段，直至增大到峰值時(shí)刻，應(yīng)變又開(kāi)始逐漸減小。

(2) 測(cè)點(diǎn)1的應(yīng)變?cè)谡麄€(gè)試驗(yàn)過(guò)程中都很小，始終處于屈服應(yīng)變以內(nèi)，沒(méi)有發(fā)生塑性變形，因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)1處于防護(hù)網(wǎng)外框的角點(diǎn)處，受力較小；而測(cè)點(diǎn)2、3、4的應(yīng)變?cè)谠囼?yàn)過(guò)程的最后階段均已超出屈服應(yīng)變，說(shuō)明這三個(gè)測(cè)點(diǎn)在最后階段均已發(fā)生了塑性變形，因?yàn)檫@三個(gè)測(cè)點(diǎn)均處于防護(hù)網(wǎng)外框的跨中位置，受力最大(見(jiàn)圖11)。

(3) 防護(hù)網(wǎng)斜撐上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變變化比較穩(wěn)定，其始終隨著時(shí)間的變化在0上下浮動(dòng)，因?yàn)樾睋问侵苯邮芰?gòu)件，受到的干擾較小(見(jiàn)圖12)。

(4) 防護(hù)網(wǎng)連接件和架體鋼管上各個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變始終在±200 με的彈性范圍內(nèi)變化，應(yīng)變較小，這說(shuō)明防護(hù)網(wǎng)受到的力對(duì)腳手架架體的影響較小(見(jiàn)圖13)。

(5) 防護(hù)網(wǎng)連接件卡槽上測(cè)點(diǎn)A、C、D的應(yīng)變?cè)谠囼?yàn)過(guò)程中直至試件破壞都很小，這是因?yàn)樵嚰詈蟮钠茐氖欠雷o(hù)網(wǎng)外框和斜撐發(fā)生彎曲變形從而使防護(hù)網(wǎng)的下邊緣從連接件的卡槽中滑移脫出，所以防護(hù)網(wǎng)連接件卡槽上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變都很小；但測(cè)點(diǎn)B的應(yīng)變?cè)谠囼?yàn)過(guò)程中的變化卻很大，在試驗(yàn)的最后階段甚至達(dá)到了屈服應(yīng)變，這是因?yàn)樵谠嚰_(kāi)始破壞時(shí)，防護(hù)網(wǎng)首先從下邊緣的一側(cè)卡槽中滑移脫出，接著才從下邊緣的另一側(cè)卡槽中滑移脫出，在這個(gè)過(guò)程中，一側(cè)的卡槽脫出引起了防護(hù)網(wǎng)單元受力不均勻，因此導(dǎo)致某一側(cè)還未脫出的卡槽受力過(guò)大(見(jiàn)圖14)。

試驗(yàn)過(guò)程中一級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的峰值應(yīng)變，見(jiàn)表3。

由表3可知，采用靜態(tài)應(yīng)變儀和動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)分別采集到的防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)峰值應(yīng)變和到達(dá)峰值應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻基本一致，但各個(gè)測(cè)點(diǎn)并未在相同的時(shí)刻同時(shí)到達(dá)峰值應(yīng)變。這主要有兩方面的原因：一是通過(guò)扣件將防護(hù)網(wǎng)的連接件與腳手架架體連接時(shí)，扣件未能擰緊，當(dāng)防護(hù)網(wǎng)受力較大時(shí)，扣件發(fā)生松動(dòng)引起防護(hù)網(wǎng)的前后滑移，從而導(dǎo)致防護(hù)網(wǎng)連接件上測(cè)點(diǎn)或與之相聯(lián)系測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變提前到達(dá)峰值；二是試件臨近破壞時(shí)，防護(hù)網(wǎng)先從其中一個(gè)卡槽中滑移脫出，此時(shí)防護(hù)網(wǎng)并未完全破壞，依然可以繼續(xù)承載，但已脫出的這個(gè)卡槽上測(cè)點(diǎn)或與之相聯(lián)系測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變均已提前到達(dá)峰值。

表3 一級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的峰值應(yīng)變

3.2.2 二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變變化

當(dāng)采用二級(jí)分載裝置施加位移荷載時(shí)，在試驗(yàn)過(guò)程中防護(hù)網(wǎng)的外框、斜撐、連接件、架體和連接件卡槽上各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變曲線與一級(jí)分載情況下的響應(yīng)規(guī)律相同，不再逐一列舉，現(xiàn)截取臨近破壞的最后階段，防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的峰值應(yīng)變進(jìn)行分析，見(jiàn)表4。

表4 二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的峰值應(yīng)變

由表4可知，采用靜態(tài)應(yīng)變儀和動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)分別采集到的防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)峰值應(yīng)變與到達(dá)峰值應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的時(shí)間基本一致，但仍然有防護(hù)網(wǎng)部分測(cè)點(diǎn)到達(dá)峰值應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的時(shí)間并不完全一致的情況。分析其原因認(rèn)為：此次加載的位置處于防護(hù)網(wǎng)斜撐交叉分割的網(wǎng)面處，網(wǎng)面是用多個(gè)鉚釘固定在防護(hù)網(wǎng)的外框和斜撐上，當(dāng)網(wǎng)面承受較大的拉力時(shí)，引起少量鉚釘率先脫落，造成部分網(wǎng)面與防護(hù)網(wǎng)外框脫離，但此時(shí)防護(hù)網(wǎng)并未從任何一個(gè)卡槽中滑移脫出，即未達(dá)到破壞狀態(tài)，所以導(dǎo)致個(gè)別與之相聯(lián)系的測(cè)點(diǎn)提前出現(xiàn)應(yīng)變峰值；除此之外，防護(hù)網(wǎng)連接件扣件松動(dòng)引起的防護(hù)網(wǎng)前后滑移和破壞發(fā)生時(shí)防護(hù)網(wǎng)從逐個(gè)卡槽滑移脫出的先后時(shí)間差，也是部分測(cè)點(diǎn)提前到達(dá)峰值應(yīng)變的重要原因。

3.3 防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)動(dòng)態(tài)位移分析

試驗(yàn)過(guò)程中一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的峰值位移變化情況，見(jiàn)圖15。

圖15 一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的 峰值位移變化Fig.15 Peak displacement at measuring points of level 1 and level 2 load sharing

從圖15可見(jiàn)，一級(jí)分載和二級(jí)分載兩種情況下防護(hù)網(wǎng)測(cè)點(diǎn)Ⅲ的峰值位移均大于測(cè)點(diǎn)Ⅰ和測(cè)點(diǎn)Ⅱ。分析原因認(rèn)為：由于試件和分載裝置重力的影響，試件最終的破壞都是從防護(hù)網(wǎng)下邊緣的兩個(gè)卡槽中滑移脫出，造成試驗(yàn)最后階段試件由上往下傾斜，因此防護(hù)網(wǎng)測(cè)點(diǎn)Ⅲ的峰值位移大于測(cè)點(diǎn)Ⅰ和測(cè)點(diǎn)Ⅱ。

以一級(jí)分載情況為例，防護(hù)網(wǎng)沖孔網(wǎng)面上各測(cè)點(diǎn)的位移時(shí)程曲線見(jiàn)圖16，二級(jí)分載情況下各測(cè)點(diǎn)的位移變化規(guī)律與此相同，不再列出。

圖16 一級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)沖孔網(wǎng)面上各測(cè)點(diǎn)的 位移時(shí)程曲線Fig.16 Displacement time-history curves of each measuring point of level 1 load sharing on the punch mesh of protective net

測(cè)點(diǎn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ到激光測(cè)距儀的初始距離分別為0.679 6 m、0.637 6 m、0.686 0 m，由圖16可見(jiàn)，隨著時(shí)間的增加，防護(hù)網(wǎng)各測(cè)點(diǎn)的位移在初始值上下波動(dòng)，且變化幅度越來(lái)越大，直至破壞。

3.4 防護(hù)網(wǎng)的滯回曲線分析

由MTS電液伺服作動(dòng)器中的力傳感器采集到的荷載

P

，試驗(yàn)兩級(jí)分載裝置的剛度遠(yuǎn)大于試件剛度，則一級(jí)分載時(shí)，測(cè)點(diǎn)位移

Δ

為防護(hù)網(wǎng)斜撐交叉處的水平位移；二級(jí)分載時(shí)，測(cè)點(diǎn)位移

Δ

為防護(hù)網(wǎng)斜撐分割的4個(gè)三角形網(wǎng)面中點(diǎn)處的水平位移。兩種分載情況下防護(hù)網(wǎng)的荷載-位移(

P

-

Δ

)曲線即滯回曲線見(jiàn)圖17，其中二級(jí)分載為試件臨近破壞的最后階段防護(hù)網(wǎng)的荷載-位移(

P

-

Δ

)曲線。

圖17 一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)的荷載- 位移(P-Δ)曲線即滯回曲線Fig.17 Load-displacement (P-Δ) curves under level 1 and level 2 load sharing

由圖17可見(jiàn)：①防護(hù)網(wǎng)的滯回曲線形狀不飽滿，受到了較大的滑移影響，具有滑移性質(zhì)；②隨作用點(diǎn)位移幅值的增加，防護(hù)網(wǎng)滯回曲線的滯回環(huán)面積逐漸增大，卸載后出現(xiàn)殘余變形；③在試驗(yàn)最后階段防護(hù)網(wǎng)滯回曲線出現(xiàn)了明顯的荷載下降段，說(shuō)明此時(shí)試件已存在部分破壞，但依然可以繼續(xù)承載，直至完全破壞；④二級(jí)分載比一級(jí)分載能夠承受更大的位移荷載。

試驗(yàn)過(guò)程中一級(jí)分載和二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)的最大荷載和位移，見(jiàn)表5。

表5 兩級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)的最大荷載和位移

由表5可知，二級(jí)分載比一級(jí)分載能夠承受更大的位移荷載，原因是二級(jí)分載的受力點(diǎn)有4個(gè)，而一級(jí)分載的受力點(diǎn)只有1個(gè)，相比之下，二級(jí)分載的受力更加均勻。

4 防護(hù)體系適用范圍

4.1 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

取B類場(chǎng)地為計(jì)算對(duì)象，基本風(fēng)壓

ω

分別取0.3 kN/m、0.4 kN/m、0.5 kN/m、0.6 kN/m共4組，風(fēng)壓高度

z

分別取20m、50m、100m，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)風(fēng)壓高度變化系數(shù)、陣風(fēng)系數(shù)和風(fēng)荷載體型系數(shù)均取值為1.0。

按圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)下式計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

ω

=

β

μ

μ

ω

式中：

ω

為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m)；

β

為風(fēng)壓高度

z

處的陣風(fēng)系數(shù)；

μ

為風(fēng)荷載局部體型系數(shù)；

μ

為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

ω

為基本風(fēng)壓(kN/m)。為了等效風(fēng)荷載，將計(jì)算出的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按一塊標(biāo)準(zhǔn)外掛防護(hù)網(wǎng)的面積等效為集中力

F

(kN)，則將

F

定義為

F

=

ω

·(

A

-

A

)式中：

A

為防護(hù)網(wǎng)外輪廓面積(m);

A

為防護(hù)網(wǎng)開(kāi)孔面積(m)。

風(fēng)荷載具體計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)表6。

表6 不同風(fēng)壓高度下風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算結(jié)果

4.2 防護(hù)網(wǎng)適用范圍確定

當(dāng)實(shí)際風(fēng)荷載作用于防護(hù)網(wǎng)時(shí)，其所受到的風(fēng)力應(yīng)該更趨均勻，由于二級(jí)分載比一級(jí)分載作用的點(diǎn)位更多，受力的面積更大，故取表5中二級(jí)分載情況下防護(hù)網(wǎng)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)的最大荷載

P

與表6中計(jì)算出的不同風(fēng)壓高度下的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，得到鋼管腳手架新型外掛防護(hù)網(wǎng)的適用范圍，見(jiàn)表7。

表7 鋼管腳手架新型外掛防護(hù)網(wǎng)的適用范圍

5 結(jié) 論

(1) 對(duì)整個(gè)鋼管腳手架架體而言，在等效風(fēng)荷載的作用下，由外掛防護(hù)網(wǎng)傳遞給腳手架架體的力較小，引起腳手架架體的變形也在規(guī)定的范圍內(nèi)，主要應(yīng)變都出現(xiàn)在新型外掛防護(hù)網(wǎng)的外框及斜撐上。

(2) 外掛防護(hù)網(wǎng)的最薄弱位置在防護(hù)網(wǎng)連接件的卡槽處，由于卡槽高度較低和卡片厚度較薄，當(dāng)受到較大的風(fēng)荷載時(shí)，防護(hù)網(wǎng)易從卡槽中滑移脫出，造成其破壞。因此，改進(jìn)時(shí)可以增加防護(hù)網(wǎng)連接件卡槽的高度和厚度，以確保防護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的安全。

(3) 由于防護(hù)網(wǎng)連接件的扣件發(fā)生松動(dòng)而引起的防護(hù)網(wǎng)單元受力不均勻，是防護(hù)網(wǎng)還未達(dá)到極限荷載就提前破壞的重要原因。因此，施工時(shí)要按照規(guī)定對(duì)防護(hù)網(wǎng)連接件各扣件的擰緊情況進(jìn)行嚴(yán)格排查。

(4) 通過(guò)分析防護(hù)網(wǎng)的荷載-位移(

P

-

Δ

)曲線即滯回曲線和破壞時(shí)的最大荷載和位移可知，該防護(hù)網(wǎng)的最大破壞荷載未能達(dá)到本文理論計(jì)算得到的所有風(fēng)壓高度下的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，只能滿足部分風(fēng)壓高度下的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。