孫建國(guó)

摘 要：碗扣式高支撐體系以其施工方便、承載力高、受力性能良好的優(yōu)勢(shì)，在施工中得到廣泛應(yīng)用。但是由于人們對(duì)該體系的認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致近年來(lái)我國(guó)許多地方模板支撐坍塌事故。文章以碗扣式高支撐體系為研究對(duì)象，以實(shí)際工程中碗扣式高支撐體系為背景，建立正確的有限元模型，模擬實(shí)際受力情況，分析高支撐體系變形情況，提高實(shí)際工程中高支撐體系的安全工作。

關(guān)鍵詞：碗扣式；高支撐體系；節(jié)點(diǎn)位移

引言

隨著我國(guó)建筑行業(yè)的高速發(fā)展，模板支撐架體系的應(yīng)用越來(lái)越頻繁和普遍，其中，碗扣式模板支架在高架橋梁和一系列高層建筑施工中得到了廣泛應(yīng)用。但是，然而模板支架本身的工程事故時(shí)常發(fā)生，究其原因，是由于設(shè)計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤、構(gòu)配件質(zhì)量問(wèn)題、施工質(zhì)量問(wèn)題或者管理上的疏忽等方面造成的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)劉宗仁教授提出扣件式鋼管腳手架臨界力下限計(jì)算法。認(rèn)為扣件式鋼管腳手架的縱向或橫向水平桿與立桿用扣件連接的節(jié)點(diǎn)屬于半剛性節(jié)點(diǎn)[1]。文章以阜新某工程為例，進(jìn)行仿真分析。建立有限元模型，對(duì)模型加載，分析高支撐體系模型在施工荷載作用下體系中節(jié)點(diǎn)的位移值，確保工程中的高支撐體系安全可靠地工作。

1 高大模板支撐體系模擬分析

1.1 高大模板支撐體系概況

高大模板支撐體系是指搭設(shè)高度超過(guò)8m、支撐跨度超過(guò)18m、施工總荷載大于10kN/m2或集中線(xiàn)荷載大于15kN/m的模板支撐系統(tǒng)。在阜新樂(lè)天瑪特超市工程中有一處已到達(dá)高大模板支撐規(guī)模。工程中C-F/8-11軸處頂板標(biāo)高12.30米，下方為一層大廳大面，頂板模板支撐高度為12.15米，典型梁截面尺寸：4500mm×1000mm，跨長(zhǎng)9.6米，梁底模板支撐高度11.15米。

1.2 半剛性框架理論

此種方法認(rèn)為節(jié)點(diǎn)由于采用扣件連接而具有半剛性。在荷載作用下，扣件連接具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度，且轉(zhuǎn)動(dòng)剛度與扣件的質(zhì)量和擰緊程度密切相關(guān)，半剛性特點(diǎn)表現(xiàn)得非常明顯。哈爾濱建筑工程學(xué)院徐崇寶教授等曾分別采用剛性和半剛性的扣件連接對(duì)雙排扣件式鋼管腳手架的整體穩(wěn)定做過(guò)理論分析，發(fā)現(xiàn)按半剛性連接分析的理論值與試驗(yàn)值比較接近[2]。

1.3 高大模版支撐體系設(shè)計(jì)

以梁截面450mm×1000mm進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

模板：15mm厚多層板；梁側(cè)：水平背楞為50×100木方，設(shè)置8道，間距150mm，端部為100×100木方；豎向鋼楞為φ48.3×3.6雙鋼管，間距600mm設(shè)置；梁底：次龍骨為10×100木方，設(shè)置6道，間距200mm；托梁為φ48.3×3.6鋼管，間距600mm設(shè)置；

立桿：梁兩側(cè)立桿間距1200mm，梁底加兩根立桿頂撐，縱向按間距600mm設(shè)置鋼管與兩側(cè)立桿拉結(jié)，并伸進(jìn)梁兩側(cè)架體兩跨，沿梁長(zhǎng)方向設(shè)通長(zhǎng)水平桿，水平桿豎向間距600mm一道；對(duì)拉螺栓：2根M16間距500設(shè)置，距梁底分別為200mm、400mm。預(yù)應(yīng)力梁不適用穿梁PVC套管，所有對(duì)拉螺栓一次性投入，無(wú)法周轉(zhuǎn)。沿梁方向間距600mm設(shè)置；斜撐：采用φ48.3×3.6與梁底橫桿連接，間距按600mm設(shè)置。梁下采用φ48.3×3.6鋼管設(shè)置剪刀撐，將梁底頂撐立桿與整體腳手架架體連接為一個(gè)整體；豎向由底到頂剪刀撐，剪刀撐的斜桿與地面夾角應(yīng)在45°～60°之間，斜桿應(yīng)每步與立桿扣接；梁兩側(cè)設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐[3]。

1.4 梁模板及支架計(jì)算

1.4.1 荷載組合

q1=1.2×（51.00+0.30）+1.4×2.0=64.30kN/m2（由荷載效應(yīng)控制的組合產(chǎn)生的荷載設(shè)計(jì)值）

q2=0.30+51.00=51.30kN/m2（恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值）

q3=1.35（51.00+0.30）+1.4×0.70×2.0=71.22kN/m2（永久荷載效應(yīng)組合產(chǎn)生的荷載設(shè)計(jì)值）

永久荷載及可變荷載組合值最大，取36.79kN/m2進(jìn)行計(jì)算。

1.4.2 面板

kN·m（按單跨簡(jiǎn)支梁模型

計(jì)算）

N/mm2<12.0N/mm2（木材抗彎強(qiáng)度

設(shè)計(jì)值）

mm>■=0.5mm

撓度驗(yàn)算，對(duì)結(jié)構(gòu)表面外露的模板，其最大變形值不超過(guò)計(jì)算跨度的1/400。

1.4.3 龍骨

按簡(jiǎn)支梁計(jì)算：

kN·m

N/mm2<13.0N/mm2

mm<■=2.25mm

1.4.4 托梁

按簡(jiǎn)支梁計(jì)算：

kN·m

N/mm2<205N/mm2

mm<■mm=0.8mm

符合要求。

1.5 模型建立

以C～F軸交8～11軸中450mm×1000mm預(yù)應(yīng)力梁下高支撐為例，運(yùn)用ANSYS有限元軟件建立碗扣式高支撐體系實(shí)體模型。有限元模型見(jiàn)圖1。

分別在梁L/4、2L/4、3L/4跨度下方的三根附加立桿中設(shè)置測(cè)點(diǎn)，這三根立桿標(biāo)高11.15m、7.55m、3.95m、1.2m上各設(shè)置一點(diǎn)，共計(jì)36個(gè)點(diǎn)作為研究對(duì)象，節(jié)點(diǎn)編號(hào)命名為1～36，節(jié)點(diǎn)下方的立桿編號(hào)命名為1-1～1-36。對(duì)高支撐體系模型進(jìn)行加載，以模擬混凝土澆筑的情況，進(jìn)而可以對(duì)加載后計(jì)算模型中測(cè)點(diǎn)的位移進(jìn)行分析。

2 結(jié)果分析

對(duì)碗扣式高支撐體系模型進(jìn)行加載，其中加載值P=24.2KN，加載后變形圖見(jiàn)圖2。碗扣式高支撐體系模型兩次加載后各個(gè)測(cè)點(diǎn)豎向位移值見(jiàn)圖3。

圖3 模型中梁下測(cè)點(diǎn)豎向位移值

在圖3中正值表示位移向下，表明碗扣式高支撐體系在加載過(guò)程中節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算值遠(yuǎn)小于體系屈曲時(shí)節(jié)點(diǎn)位移值，這說(shuō)明碗扣式高支撐體系在實(shí)際施工中節(jié)點(diǎn)位移值很小，沒(méi)有達(dá)到高支撐體系屈曲時(shí)位移值，足以保證高支撐體系安全工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）高支撐體系模型在施工荷載作用下體系中節(jié)點(diǎn)的位移值數(shù)值模擬分析可行，依據(jù)半剛性理論，模擬效果較好。

（2）選取模型中梁下方關(guān)鍵部位的節(jié)點(diǎn)及桿件，通過(guò)對(duì)有限元模型加載，模擬施工中高支撐體系的受力情況，得出高支撐體系模型加載后節(jié)點(diǎn)的位移值沒(méi)有超過(guò)高支撐體系模型屈曲情況下相應(yīng)的數(shù)值，進(jìn)而驗(yàn)證實(shí)際工程中高大模板支撐體系的安全性及穩(wěn)定性，確保施工安全。

（3）碗扣式的基本構(gòu)造與扣件式的模板構(gòu)造除了節(jié)點(diǎn)構(gòu)造外，基本一致。但是它們的穩(wěn)定性不同，由上面對(duì)高支撐體系節(jié)點(diǎn)位移的研究，表明碗扣式高支撐體系的節(jié)點(diǎn)性能穩(wěn)定。同時(shí)，碗扣式的模板支架在市場(chǎng)的份額呈遞增趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉宗仁，涂新華，丁永勝.扣件式鋼管腳手架臨界力下限計(jì)算方法[J].建筑技術(shù)2001，2（5）：65-72.

[2]徐崇寶，黃寶魁.雙排扣件式鋼管腳手架工作性能的理論分析與試驗(yàn)研究[J].哈爾濱建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1989，22（2）：28-34.

[3]杜榮軍.腳手架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載能力[J].施工技術(shù)，2001，30（4）：8-15.