懸挑腳手架可調式拉桿抗拉性能試驗分析

蔣利華 楊虹 陳會銀 朱祥波

摘要：為探究懸挑腳手架可調拉桿抗拉性能，充分發揮拉桿第二道安全保障功能，對3.231 m長拉桿研發一套試驗裝置，并進行四根拉桿的拉伸試驗。試件通過改變調節桿長度與內外套筒連接處焊接質量，以及在外套筒開孔等方式，測試拉力峰值、拉桿水平位移指標。試驗結果表明，拉桿的總長度不變，只改變調節桿長度，對拉桿的峰值強度無明顯影響；改變焊縫質量，以及在外套筒開孔，對拉桿的峰值強度影響顯著。并通過0.7 m長標準拉桿進行對比試驗，可見試驗有效。

關鍵詞：可調拉桿； 抗拉性能； 焊縫質量； 拉力峰值

中圖分類號：TU731.2文獻標志碼：A

0引言

四川某在建住宅項目，由6棟27層的高層建筑組成，層高3 m，建筑高度82 m，采用鋼筋混凝土剪力墻結構。施工采用可調式懸挑腳手架，結構示意見圖1。懸挑型鋼梁采用20a工字鋼，外挑1.2 m，沿豎向間距3 m、水平間距6 m布置。型鋼梁上滿鋪木板，外側安裝0.2 m高踢腳板和1.2 m高的水平防護欄桿與密目式安全網。通過3.231 m長的拉桿連接懸挑鋼梁，拉桿由兩根調節桿和一根套筒組成，調節桿包括螺桿和卡環，套筒又分為內套筒和外套筒。螺桿直徑24 mm，卡環孔徑25 mm，端頭半徑30 mm，寬60 mm。內套筒內徑24 mm，壁厚9 mm；外套筒外徑48 mm，壁厚3 mm。螺桿與卡環采用焊接連接，焊接長度40 mm；內套筒與螺桿采用絲扣連接，與外套筒采用焊接連接。

傳統現澆懸挑結構采用鋼絲繩＋懸挑型鋼梁的模板方式來完成施工［1］。鑒于目前尚缺少拉桿大于3 m的整體拉伸性能研究，且普通的拉力試驗機無法滿足試驗量程要求，為此本課題組設計了一套拉桿試驗裝置，探索可調式拉桿的受力性能與破壞特點，以期為工程實際應用提供參考。

1試驗設計

1.1試驗設備

設計的試驗裝置見圖2，中間采用兩根Q345B 20a工字鋼鋼橫梁形成傳力骨架，兩端通過25 mm厚鋼板將兩根橫梁焊接成箱體。橫梁凈間距為100 mm，均采用20a工字鋼。左端采用30 t千斤頂對拉桿施力，右端采用直徑25 mm銷栓固定。調節桿一端與套筒連接，另一端與銷栓連接。為監測拉桿在受力時的變形，垂直于桿軸安裝6個百分表，分別位于左右調節桿及套筒兩端。

1.2試件設計

選取4根拉桿，主要參數見表1。試件1與試件2焊接質量相同，但拉桿總長度不同。試件1與試件3拉桿總長度接近，但內外套筒焊接質量不同，明顯試件3焊接質量優于試件1。試件1和試件4參數相近，僅在試件4的外套筒開孔。

1.3加載試驗

首先施加35 kN［2］拉力進行調直，檢查各試件是否正常，并量測拉桿初始長度。然后第一級與第二級加載值均為

15 kN，第三級及以后每級加載值均為10 kN，每級持荷10 min，直到拉桿破壞時終止試驗。

1.4試驗結果

（1）分級加載試驗初期，拉桿水平位移變化不明顯，當加載到75 kN時開始出現明顯位移，直至構件破壞，拉力峰值及調節桿變形量見表2。

（2）試件1、試件2、試件3破壞點均在內外套筒焊縫連接處。

（3）試件4破壞點在外套筒開孔處。

1.5結果分析

（1）試件1與試件2改變拉桿總長度，拉力峰值接近，由此得出改變調節桿的長度對拉桿的承載力無明顯影響。

（2）試件3拉力峰值151 kN，試件1拉力峰值80.4 kN。試件3的焊接質量好，其承受拉力峰值大，故焊縫質量是保證拉桿整體受力的關鍵因素［3］。

（3）試件4破壞點在外套筒開孔處，表現為應力集中引起的破壞，故套筒質量缺陷也是影響拉力峰值的原因。

（4）各試件破壞時，拉桿水平位移均未超過規范允許限值，故位移可不作為實際工程重點關注的參數。

工程結構蔣利華， 楊虹， 陳會銀， 等： 懸挑腳手架可調式拉桿抗拉性能試驗分析

1.6對比試驗

為驗證試驗裝置的有效性，采用0.7 m長的標準拉桿在液壓伺服萬能試驗機上進行拉伸試驗，見圖3。一次性加載，直至試件破壞。試驗結果表明，破壞位置仍為內外套筒焊縫連接處（圖4），最大拉力峰值71.2 kN，與試件1的拉力峰值接近，證明試驗有效。

2拉桿理論計算

懸挑型鋼梁與剪力墻連接端視為剛接，與拉桿連接端視為鉸接。受荷范圍按1.2 m×6.0 m考慮，承受均布線荷載和集中荷載。驗算時荷載標準值取值：恒載21 kN/m、活載12 kN/m、集中荷載2 kN，計算簡圖見圖5。經計算，當梁端允許最大變形為6 mm［4］時（圖6），此時拉桿承受的最大軸力為145 kN，與試件3的實驗拉力峰值151 kN接近，表明理論計算值與實驗值相吻合。

3結論

（1）結合4根拉伸試驗和鋼拉桿規范的基礎上，提出了一套測試可調拉桿整體抗拉性能的試驗裝置，結果表明試驗裝置有效。

（2）由于破壞時的拉力值遠小于鋼拉桿的軸心抗拉強度承載力，變形量遠小于規范允許6 mm，故實際運用中應重點關注連接部位的焊接質量有效性和可靠性，充分發揮拉桿對懸挑型鋼梁的第二道防線的安全保障作用，防止類似腳手架工程倒塌事故的發生。

參考文獻

［1］柳利麗.可調長度剛性拉桿在超長懸挑模板支撐架中的應用［J］.江蘇建筑，2016（1）：71-72，81.

［2］中國國家標準化管理委員會.鋼拉桿：GB/T 20934-2016 ［S］.北京：中國標準出版社，2016.

［3］喬桂英，劉雨萌，韓秀林，等.焊縫幾何尺寸對鋼管承載能力影響的模擬分析［J］.焊接學報，2017（3）：33-36.

［4］中華人民共和國住房和城鄉建設部.鋼結構設計標準 GB 50017-2017［S］.北京：中國建筑工業出版社，2018.

［課題項目］教育部春暉計劃合作項目（項目編號：192647）

［作者簡介］蔣利華（1992—），女，本科，工程師，研究方向為建筑物的檢測與鑒定；楊虹（1972—），女，碩士，副教授，研究方向為混凝土結構設計和建筑物的檢測與鑒定;陳會銀（1982—），男，本科，高級工程師，研究方向為建筑物的檢測與鑒定;朱祥波（1992—），男，?？?，工程師，研究方向為建筑物的檢測與鑒定。