輪扣式鋼管支架節點試驗研究

閆 曉，朱亞輝，陳 駒

(1.東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司，四川 成都 611731； 2.浙江大學建筑工程學院，浙江 杭州 310058)

1 概述

目前，國內已有不少學者做了關于鋼管支架的研究，對鋼管支架的整體穩定性、受力性能都有了一定的認識和理解。鄒明[1]、沈高傳[2]等對圓盤式鋼管腳手架進行了試驗分析，初步分析了連接盤、立桿、插銷的相關材料特性和力學性能。對不同的步距和橫距的鋼管支架進行了對比分析。姜旭等[3]對改進后的圓盤式鋼管支架進行了力學試驗和有限元分析，通過對比不同連接盤的鋼管支架模型，得到其承載力和施工效率的差異。黃強[4]、黃浩[5]、方宇[6]對插卡式鋼管支架進行深入仔細的研究，總結出了插卡式鋼管支架的各種力學性能以及工程應用情況。劉靜[7]研究了鋼管支架的半剛性節點，并建立了急速模型的分析方法。楊曙[8]進行了節點連接剛度試驗，繪制了θ曲線，分析了包括鋼管支架節點抗彎剛度值、步距和橫距的大小、掃地桿和斜桿的設置和立桿端頭的伸出長度等在內的因素對極限承載力的影響。陳志華等[9]對直角扣件的剛度進行了研究分析，提出將節點彎矩-轉角曲線分區的方法對節點剛度判定的準則。但是針對輪扣式鋼管支架節點的研究仍不多見，而輪扣式鋼管支架由于省略了扣件，其節點的性能更需關注，因此需要開展相應的研究。本文通過節點的抗彎和抗剪試驗，來研究其節點的力學性能和設計方法。

2 試驗方案

節點試驗分為節點抗彎試驗與節點抗剪試驗。抗彎與抗剪試驗每種各進行了3次試驗，節點試驗的尺寸見表1。實際測得節點外徑壁厚、輪盤厚度見表2。節點鋼管的材性參數如表3所示。抗彎和抗剪試驗的加載示意圖和測點布置見圖1，圖2為實際加載圖。抗彎與抗剪試驗統一采用位移控制的加載模式，加載速度為0.5 mm/min。

表1 節點試件尺寸表 mm

表2 實測節點幾何尺寸 mm

表3 節點鋼管材性參數 MPa

3 試驗結果

抗彎試件和抗剪試件的破壞模式分別如圖3，圖4所示，抗彎試件均為插銷受拉部位產生較大裂紋破壞，而3個抗剪試 件的破壞模式各不相同，KJ1是豎桿靠近輪盤處拔出破壞，KJ2是輪盤與豎桿焊接處的焊縫破壞，KJ3是輪盤中間斷裂破壞。不同的破壞模式使得抗剪試件的最大承載力具有明顯差別，其中KJ3試件的承載力最大，而KJ2承載力最低，表明焊縫質量直接影響試件承載力。

從圖5可以看出，3個抗彎節點的荷載-位移曲線初始斜率基本相同，即初始剛度基本相同。隨著加載進行，其中兩條曲線的斜率大致維持不變，到某一階段以后，曲線斜率突然變小，剛度退化嚴重，認為此刻橫桿的鋼材屈服。另一條曲線斜率緩慢減小，原因可能是鋼材的初始缺陷較大。三條曲線所到達的峰值不同，分析其原因可能是由于橫桿插銷與輪盤的貼合度由于制作工藝問題不一致，有的橫桿插入輪盤不多，有的插入輪盤少，導致插銷所能承受的極限彎矩不同，這也是輪扣式鋼管支架節點的特點。從圖6可以看出，抗剪試件的三條曲線形狀基本一致，導致最終極限承載力不同的原因是由于輪盤厚度不同和初始缺陷。

試件最大承載力和最大位移見表4。

表4 試件最大承載力和最大位移

4 理論計算

與重慶市DBJ 50/T-216—2015建筑施工輪盤插銷式鋼管模板支撐架安全技術規程[10]比較。

輪扣式鋼管腳手架節點抗彎剛度按初始剛度計算，抗彎剛度K=M/θ，θ≈Δ/L(θ很小時)，M=0.2P/2，本試驗中，Δ取曲線斜率為定值處的一個值，L=200 mm，P取與Δ對應處的荷載值(取P=2，Δ=1.65，計算結果為K=24.24 kN·m/rad，滿足規范DBJ 50/T-216—2015較不小于24 kN·m/rad的檢測要求，大于規范DBJ 50/T-216—2015轉動剛度取15 kN·m/rad；節點抗剪承載力128.25 kN，滿足規范DBJ 50/T-216—2015不小于60 kN的規定。

橫桿插銷節點處的抗彎強度驗算。

表5 抗彎承載力比較

5 結語

1)通過抗彎節點試驗測得的輪扣式鋼管腳手架節點抗彎剛度為24 kN·m/rad，與現有其他規范的節點抗彎剛度很接近。節點破壞模式為橫桿的插銷處斷裂。

2)通過抗剪節點試驗測得的輪扣式鋼管腳手架節點極限抗剪承載力最小為128.25 kN，遠大于現有其他規范的節點抗剪承載力，進入塑性階段的抗剪承載力大約為80 kN，說明現有規范具有較大的安全系數。

3)抗剪節點破壞模式有輪盤斷裂、輪盤立桿處焊縫破壞與立桿管壁拔出破壞三類，其中焊縫破壞抗剪承載力最小，應以焊縫破壞模式為標準驗算節點抗剪承載力。