朱 勇

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 渭南 714000)

模板支撐架體系是采用扣件將桿件進(jìn)行連接而成的一種特殊的多層多跨空間框架，其中立桿與縱、橫向水平桿使用直角扣件進(jìn)行連接，而它們之間力的傳遞主要是依靠鋼管和直角扣件間的摩擦力實(shí)現(xiàn)，因此鋼管與直角扣件間的抗滑性能是一項(xiàng)重要力學(xué)性能指標(biāo)，扣件抗滑承載力是保證扣件與鋼管之間共同工作及有效傳力的基礎(chǔ)。目前，滿堂支撐體系的節(jié)點(diǎn)半剛性計(jì)算理論比較符合扣件連接節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況，但是研究選取的對(duì)象多為新鋼管和直角扣件間的抗滑性能，沒有考慮實(shí)際的材料情況，本文選取工地上正在使用的鋼管和扣件之間的抗滑性能作為研究對(duì)象，進(jìn)行6組試驗(yàn)探究荷載和滑移之間的關(guān)系。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

目前，國(guó)家規(guī)范《碳素結(jié)構(gòu)鋼》(GB/T700)規(guī)定用于支撐架體系的鋼管材料為Q235級(jí)鋼，規(guī)格為Φ48×3.5(mm)。目前，市場(chǎng)上供應(yīng)的支撐架鋼管的質(zhì)量參差不齊，普遍達(dá)不到規(guī)范要求。本文使用電子稱稱量鋼管質(zhì)量，使用游標(biāo)卡尺測(cè)量試驗(yàn)所用鋼管的外徑、壁厚。按照《鋼管腳手架扣件》(GB15831-2006檢查扣件的外觀，扣件各部位沒有裂紋，無(wú)砂眼，表面也無(wú)明顯粘砂，螺栓無(wú)滑絲現(xiàn)象，選用扣件滿足規(guī)范的要求，但有輕微的銹蝕。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)肖熾[1]等發(fā)現(xiàn)扣件式鋼管支架安裝時(shí)40N·m的扣件扭緊力矩比較合理、有效。因此，試驗(yàn)方案確定2根互相垂直的鋼管用直角扣件連接，使用扭矩扳手?jǐn)Q緊扣件以確保鋼管與扣件間的扭動(dòng)力矩為40kN·m，將200mm長(zhǎng)的立管固定在高套管底座內(nèi)，底座與壓力試驗(yàn)機(jī)緊密固定。

(2)在300mm長(zhǎng)的橫管上架立傳力裝置和千斤頂、傳感器。

(3)試驗(yàn)加載前，確保高套管、鋼管-扣件試件、傳力裝置、千斤頂、傳感器組成的試驗(yàn)裝置固定。

(4)使用千斤頂勻速加載，加載速度控制在300～400N/s，連續(xù)采集施加荷載P以及相應(yīng)的鋼管豎向位移值Δ1和扣件豎向位移值Δ2。

(5)加載至荷載不再增加而滑移不斷增加或荷載增加至20kN時(shí)，停止試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

以下給出了4組試件的豎向力-橫桿位移關(guān)系和豎向力-扣件位移關(guān)系曲線。

圖2 鋼管和扣件的荷載-位移關(guān)系

從圖2看到：加載初期，隨著荷載的增加，扣件位移和鋼管位移線性增長(zhǎng)，扣件位移向上增長(zhǎng)較慢，而鋼管位移向下增長(zhǎng)較快，試驗(yàn)裝置呈現(xiàn)典型的偏心加載受力特征；加載至一定值(約15kN)，曲線呈現(xiàn)2種不同的變化規(guī)律：一為隨著少量的荷載增加，扣件位移向上、鋼管位移向下快速增長(zhǎng)，直至試件破壞；二為隨著豎向加載的不斷增大，鋼管位移向下快速增長(zhǎng)，而扣件位移也轉(zhuǎn)向快速向下增長(zhǎng)，直至試件破壞。

3 鋼管腳手架直角扣件抗滑本構(gòu)關(guān)系回歸分析

在實(shí)際工程中，如果滿堂支撐體系受到極大的突變荷載，造成某個(gè)關(guān)鍵部位鋼管-扣件節(jié)點(diǎn)的滑動(dòng)破壞，極有可能造成整個(gè)支撐架體系受力特征改變，繼而引起其它鋼管-扣件節(jié)點(diǎn)的快速失效，導(dǎo)致滿堂支撐體系的倒塌事故[2]。因此，本文建立鋼管-扣件間的荷載-滑移規(guī)律時(shí)，不考慮荷載增長(zhǎng)極小而滑移快速增長(zhǎng)的階段。建立荷載P-滑移Δ曲線時(shí)，荷載取豎向荷載試驗(yàn)值，滑移取鋼管位移⊿1和扣件位移⊿2的絕對(duì)值之和。

目前，對(duì)于鋼管-扣件間的荷載-滑移關(guān)系曲線，國(guó)內(nèi)外的擬合公式較少。本文分別采用二次關(guān)系式、對(duì)數(shù)關(guān)系式擬合本次試驗(yàn)結(jié)果。

P=AΔ2+BΔ+C

(1)

P=Dln(1+Δ)+E

(2)

式中：P為豎向力(kN)；Δ為滑移值(mm)；A、B、C、D、E均為待定參數(shù)。

本文分別采用這2種形式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合分析，相關(guān)參數(shù)的擬合結(jié)果見表1。

表1 P-Δ關(guān)系式擬合結(jié)果

將上述2種模型的P-Δ擬合曲線和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見圖3所示。

圖3 鋼管-扣件P-Δ擬合曲線

由表1的相關(guān)系數(shù)和圖3的對(duì)比結(jié)果可以看出：對(duì)數(shù)模型能更好地模擬試驗(yàn)結(jié)果，其對(duì)應(yīng)的關(guān)系式為：P=6.553ln(1+Δ)-0.191

(3)

4 結(jié)語(yǔ)

加載初期，隨著荷載的增加，扣件位移和鋼管位移線性增長(zhǎng)，扣件位移向上增長(zhǎng)較慢，而鋼管位移向下增長(zhǎng)較快；加載至一定值(約15kN)，曲線呈現(xiàn)2種不同的變化規(guī)律：一為隨著少量的荷載增加，扣件位移向上、鋼管位移向下快速增長(zhǎng)，直至試件破壞；二為隨著豎向加載的不斷增大，鋼管位移向下快速增長(zhǎng)，而扣件位移也轉(zhuǎn)向快速向下增長(zhǎng)，直至試件破壞。因此，水平橫桿豎向承載力不應(yīng)超過15kN。

在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的回歸分析，擬合出了豎向力-滑移值的公式，為使用有限元軟件分析滿堂支撐體系承載力和穩(wěn)定性提供依據(jù)。

工地使用鋼管和直角扣件前，應(yīng)做豎向力-滑移試驗(yàn)，掌握材料的性能，對(duì)安全施工有較好的指導(dǎo)作用，建議在施工現(xiàn)場(chǎng)推廣使用這種試驗(yàn)方法。