盤扣式腳手架發(fā)展研究

布仁巴圖

摘 要：在工程施工活動(dòng)中，腳手架施工是一種最常用的施工方法。隨著技術(shù)的革新和工程活動(dòng)的不斷擴(kuò)大，腳手架支撐體系逐漸發(fā)展出承載能力大、安全系數(shù)高的盤扣式腳手架。文章通過查閱大量文獻(xiàn)，從盤扣式腳手架的理論支撐、試驗(yàn)支撐和工程實(shí)踐應(yīng)用等方面，介紹了盤扣式腳手架的發(fā)展背景和研究進(jìn)展，并通過與傳統(tǒng)腳手架進(jìn)行對(duì)比，分析了盤扣式腳手架的優(yōu)勢與不足。

關(guān)鍵詞：盤扣式腳手架;研究進(jìn)展;傳統(tǒng)腳手架;對(duì)比分析

中圖分類號(hào)：TU714 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）02-027-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.012

隨著我國土木工程建設(shè)的不斷發(fā)展，全國各地有大量土木工程正在興建，而在橋梁工程和房建工程中，腳手架是一種最常用的輔助施工體系，在各類工程中應(yīng)用頻率逐漸增高，其類型得到了不斷更新。近年來，隨著鐵路、公路等交通設(shè)施的不斷建設(shè)，越來越多的工程建筑在實(shí)際施工過程中大量使用腳手架支撐結(jié)構(gòu)，極大地推動(dòng)了腳手架支撐系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展，完善了腳手架施工技術(shù)。腳手架是一種支撐架結(jié)構(gòu)，架體需要承載較重的重量，傳統(tǒng)腳手架多使用碗扣構(gòu)件進(jìn)行搭建，但其結(jié)構(gòu)常常發(fā)生失穩(wěn)或破壞，引發(fā)安全問題;傳統(tǒng)的腳手架支撐結(jié)構(gòu)整體安全系數(shù)較低，極易引發(fā)安全事故，現(xiàn)代腳手架還偏向大噸位、大跨度方向，限于傳統(tǒng)腳手架鋼桿本身的承載能力，因而發(fā)展出了承載能力大、安全系數(shù)高的盤扣式腳手架。

1 模板體系理論和試驗(yàn)研究

盤扣式腳手架作為一種模板體系，國外研究人員對(duì)模板支撐系統(tǒng)的理論分析和框架試驗(yàn)研究，已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)比較深入的階段。

1974年，R.K.Agarwal和N.J.Gardner對(duì)板柱結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場的支撐架進(jìn)行監(jiān)測，從而提高理論計(jì)算模型，使之更切合實(shí)際。1977年，Lightfoot和Oliveto計(jì)算模板承載力時(shí)，采用了塑性分析方法和彈性屈曲分析方法相結(jié)合的方式綜合進(jìn)行了計(jì)算。1979年，Homes和Hindson在研究模板支撐體系穩(wěn)定承載力時(shí)，進(jìn)行了支撐架的足尺模型試驗(yàn)，分析了模板支撐體系在水平荷載和豎向荷載作用下的穩(wěn)定承載力[1]。

1986年，Hadipriono與Wang通過對(duì)發(fā)生在美國的近80多件支架事故進(jìn)行了調(diào)查、整理、研究，剖析了事故內(nèi)因與外因，并總結(jié)得出腳手架的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)是引起事故的主要內(nèi)因，主要外因是材料及施工荷載的不標(biāo)準(zhǔn)、不規(guī)范。1995年，S.L.Chan與J.L.Peng在腳手架節(jié)點(diǎn)具有一定剛度的假設(shè)上，利用計(jì)算長度分析法推導(dǎo)得出腳手彈性理論設(shè)計(jì)計(jì)算方法[1]。在英國戈德利的節(jié)點(diǎn)半剛基礎(chǔ)上，從二維和三維的角度用有限元軟件模擬分析了模板支撐。隨后，Godley在考慮了節(jié)點(diǎn)非線性模型的使用基礎(chǔ)上，從二階幾何非線性的角度分析了模板支撐體系[2]。2000年，Yue-Lin Huang等通過對(duì)支撐架進(jìn)行應(yīng)變?cè)囼?yàn)，得出立桿的軸向力和與測量的橫向位移，并通過分析兩者之間的關(guān)系，產(chǎn)生一個(gè)故障模式控制桿的法律的LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器）處理。2001年，Peng等人經(jīng)過理論推導(dǎo)得出了支撐架構(gòu)件的位移—荷載本構(gòu)關(guān)系方程，建立了支撐架構(gòu)件的近似分析方法。2005年，Weesner和Jones通過分析幾何非線性結(jié)果，對(duì)模板支撐體系的四種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行足尺極限承載力試驗(yàn)，提出幾何非線性分析計(jì)算結(jié)果更加貼近實(shí)際試驗(yàn)。2011年，Tayakon進(jìn)行了碗扣式腳手架關(guān)節(jié)剛度的試驗(yàn)，得到了關(guān)節(jié)剛度數(shù)據(jù)模型。通過現(xiàn)場試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)分析了材料缺陷和幾何缺陷，給出了碗扣式腳手架幾何初始缺陷和初始偏心率的概率分布模型。2012年，Kim J.R. Rasmussen和HaoZhang等人通過研究鋼管腳手架的力學(xué)和幾何性能的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立了二階非彈性結(jié)構(gòu)分析模型，分析了該模型的可靠性。

在國內(nèi)，徐崇寶針對(duì)雙排扣件式腳手架極限承載力給出了半剛性修正系數(shù)，尹德生通過對(duì)直角扣件連接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度進(jìn)行理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證了鋼管彈性轉(zhuǎn)動(dòng)階段。陸征然等都通過轉(zhuǎn)角試驗(yàn)測試了節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，并結(jié)合曲線擬合給出了各自的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度值[1]。

2 盤扣式腳手架的工程實(shí)踐應(yīng)用

盤扣式腳手架是一種基于碗扣式腳手架形成的新產(chǎn)品，具有更好的靈活性和功能性。其使用圓盤扣形成一個(gè)圓形的固定板，鋼接頭，楔形鎖定螺栓作為連結(jié)部件，其盤扣節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

秦慧程和張立軍以武漢軌道交通21號(hào)線為依托工程，從滿堂支架法及膺架法兩個(gè)角度分析了盤扣式腳手架的應(yīng)用形式、受力驗(yàn)算等內(nèi)容，提出盤扣式腳手架具有外觀整潔美觀、安拆快速方便、受力合理、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在高架橋梁施工中已被廣泛采用，具有很好的推廣價(jià)值[3]。

扣件式、門式、碗扣式腳手架都是傳統(tǒng)的腳手架。隨著各種工藝技術(shù)的更新，產(chǎn)生了盤扣式腳手架，因其能承載更高的重量，且安全系數(shù)更高，比傳統(tǒng)腳手架更加優(yōu)秀，正在逐步推廣應(yīng)用。

周雪平依托蘇州斜港大橋新項(xiàng)目，針對(duì)現(xiàn)澆箱梁工程，提出了相比傳統(tǒng)鋼管腳手架，盤扣式的優(yōu)勢。劉玉達(dá)和楊濤以三角形結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)，將盤扣式腳手架中的立桿、斜桿、橫桿等進(jìn)行簡化和搭建，建立了盤扣式腳手架的穩(wěn)定三維空間架體。宋蘭祿對(duì)盤扣式腳手架施工以及安全措施進(jìn)行了詳細(xì)探究，總結(jié)出盤扣式腳手架施工質(zhì)量保證措施和施工安全管理方法。武斌等人介紹了盤扣式懸挑腳手架與盤扣式落地腳手架基礎(chǔ)施工方法和具體要點(diǎn)。黎卓勤[4]等人以河池市巴馬互通A匝道跨線橋?yàn)楣こ虒?shí)例，驗(yàn)算了桿件在自重和施工人員、設(shè)備荷載作用下的穩(wěn)定性。高煒等人進(jìn)行了腳手架模型試驗(yàn)，檢測了盤扣式腳手架的樣品外觀質(zhì)量、尺寸、主要構(gòu)配件的力學(xué)性能等指標(biāo)。于華介紹了扣式腳手架的產(chǎn)生背景，論述了盤扣式腳手架在橋梁工程中的應(yīng)用[5]。魏富平針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)升級(jí)改造需要，指出了盤扣式腳手架的施工優(yōu)勢，并介紹了具體支架施工工藝流程。

3 對(duì)比傳統(tǒng)腳手架

扣件式腳手架、碗扣式腳手架以及盤扣式腳手架作為最常用的幾種腳手架，都以其自身的特點(diǎn)占據(jù)著不同的市場[6]。

3.1 整體穩(wěn)定性

盤扣式腳手架將插銷插入圓盤，以此連接構(gòu)件，可確保各種類型的桿件能有效地連接在一起。而楔形形狀的插銷結(jié)構(gòu)可以使插銷在受震動(dòng)等作用下更加鎖緊，提高腳手架的穩(wěn)定性。

碗扣式的立桿和剪刀撐由于采用扣件連接會(huì)留有空隙，導(dǎo)致剪刀撐不能與一個(gè)撐內(nèi)的所有立桿連接，進(jìn)而大大降低了腳手架的穩(wěn)定性。

作為偏心連接的扣件式桿件，其荷載傳遞主要依靠抗滑力，導(dǎo)致扣件式腳手架整體承載力較低。

3.2 現(xiàn)場施工

盤扣式腳手架搭建簡單、效率較高，同時(shí)其構(gòu)件尺寸標(biāo)準(zhǔn)，在施工過程中容易整理、規(guī)范施工，其施工方法簡單，對(duì)工作人員技術(shù)要求不高，可以有效控制施工質(zhì)量。

碗扣式腳手架構(gòu)件尺寸固定，限制了腳手架結(jié)構(gòu)的尺寸與設(shè)計(jì)。且由于其扣件類型尺寸不統(tǒng)一，在施工現(xiàn)場容易造成亂堆亂放，影響腳手架結(jié)構(gòu)質(zhì)量，引發(fā)安全事故。

扣件式腳手架在搭建方面較為簡便靈活，但其配件較多，容易出現(xiàn)現(xiàn)場亂堆亂放現(xiàn)象，引發(fā)安全事故。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

碗扣式和扣件式腳手架是使用了許多年的成熟施工工藝，在經(jīng)歷了多年的市場競爭后，兩種腳手架的價(jià)格相對(duì)趨于穩(wěn)定和標(biāo)準(zhǔn)，所以這兩種腳手架的價(jià)格比盤扣式的更加穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、更有優(yōu)勢[6]。

盤扣式腳手架是一種新出現(xiàn)的體系，其生產(chǎn)還較少，市場沒有飽和，市場價(jià)格也不夠穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，缺少相應(yīng)規(guī)范，因此其構(gòu)件采購價(jià)格較高。但盤扣式腳手架因其高效的施工效率，能在一定程度上降低施工時(shí)的工期成本。同時(shí)，盤扣式腳手架現(xiàn)場施工不會(huì)產(chǎn)生構(gòu)件亂堆亂放現(xiàn)象，可提高施工安全性，在一定程度上節(jié)約施工成本。

4 結(jié)語

通過查閱大量盤扣式腳手架相關(guān)文獻(xiàn)，可以明顯看出，盤扣式腳手架相關(guān)研究內(nèi)容主要集中在工程實(shí)踐應(yīng)用方面，且因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)，盤扣式腳手架正在逐漸被推廣使用。

盤扣式腳手架搭設(shè)隨意性小、需要工人具備一定的專業(yè)操作能力，人工成本較高。因此，如何加大盤扣式腳手架的推廣使用，是一個(gè)有待解決的難題。

隨著各類工程建筑的要求越來越高，其相應(yīng)的輔助施工措施要求也越來越高，仍需進(jìn)一步研究探討新型腳手架結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐燦.承插型盤扣式超厚模板支撐體系整體承載力研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2015.

[2] 陳建.門式鋼管模板支架受力性能研究[D].長沙：中南大學(xué)，2010.

[3] 秦慧程，張立軍.淺析盤扣式腳手架在高架現(xiàn)澆梁中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2018（12）：143-144.

[4] 黎卓勤，青志剛，黃凱科.盤扣式腳手架在現(xiàn)澆橋梁施工中的計(jì)算及應(yīng)用[J].西部交通科技，2019（3）：84-86.

[5] 朱懷銀.盤扣式支架在鐵路工程橋梁施工中的應(yīng)用[J].上海鐵道科技，2017（3）：71-72，81.

[6] 王森林，王星嶼，項(xiàng)凱，等.幾種常用腳手架支撐體系應(yīng)用比選分析[J].科技資訊，2019，17（22）：71-72.