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        高邊坡腳手架平臺穩(wěn)定性驗算及安全監(jiān)測方法

        2021-03-19 01:27:20舒媛馬繼峰高強
        四川建筑 2021年6期
        關(guān)鍵詞:活載架體扣件

        舒媛 馬繼峰 高強

        腳手架是建筑施工常見的臨時設(shè)施,是為臨時放置施工工具、建筑材料,配合施工作業(yè)人員高處作業(yè)而搭設(shè)的架體,廣泛應(yīng)用于房建市政、水利水電、道路橋梁等工程領(lǐng)域。腳手架在搭設(shè)、使用及拆除過程面臨較大的安全風(fēng)險,尤其是高邊坡治理工程用的腳手架,一旦出現(xiàn)問題,極可能出現(xiàn)群死群傷的重大安全生產(chǎn)事故。文章主要介紹高邊坡治理工程腳手架的穩(wěn)定性驗算及安全監(jiān)測技術(shù),并以具體工程為案例進行講解,供類似工程參考。

        高邊坡; 腳手架; 穩(wěn)定性驗算; ?安全監(jiān)測

        TU731.2B

        [定稿日期]2021-08-11

        [作者簡介]舒媛(1987~),女,本科,工程師,從事水利水電施工技術(shù)與管理工作;馬繼鋒(1987~),男,本科,工程師,從事水利水電施工技術(shù)與管理工作;高強(1985~),男,本科,高級工程師,從事水利水電施工技術(shù)與管理工作。

        高陡邊坡腳手架工程[1],因為其特有的邊坡地形不規(guī)則、使用時間長、使用期間次生災(zāi)害發(fā)生可能性大、作業(yè)人員多等特點,高陡邊坡腳手架工程面臨的安全風(fēng)險更高。保證腳手架搭設(shè)、使用、拆除期間的施工安全尤為重要和緊迫,意義重大。

        腳手架與一般結(jié)構(gòu)相比,其工作條件具有以下特點:①所受荷載變異性較大;②扣件連接節(jié)點屬于半剛性;③腳手架結(jié)構(gòu)、構(gòu)件存在初始缺陷,如桿件的初彎曲、銹蝕,搭設(shè)尺寸誤差、受荷偏心等均較大;④與墻的連接點,對腳手架的約束性變異較大。

        1 腳手架穩(wěn)定性驗算研究

        1.1 研究思路及對象

        單層或多層腳手架的穩(wěn)定性計算可以按一根單柱考慮,立桿與橫梁連接處計算時可假定為鉸接[2-3]。

        腳手架穩(wěn)定性驗算通過對搭設(shè)材料性能、荷載組成、搭設(shè)參數(shù)等關(guān)鍵信息分析,建立腳手架計算模型,選取受力最不穩(wěn)定斷面處架體進行受力分析,驗算其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、桿件的軸力和彎矩值、扣件抗滑等是否符合安全使用要求。

        1.2 研究方法

        腳手架屬于桿系結(jié)構(gòu),對于桿系結(jié)構(gòu)的彈性理論研究較為成熟,利用有限元分析腳手架安全穩(wěn)定的方法得到大量應(yīng)用,并取得良好效果[4]。當前鋼管腳手架主要穩(wěn)定性驗算方法有《結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器》、ANSYS軟件、Midas Civil軟件。

        2 安全監(jiān)測方法研究

        2.1 監(jiān)測對象

        腳手架使用中,監(jiān)測項目有:①桿件的設(shè)置和連接,連墻件、支撐等的構(gòu)造;②扣件螺栓是否松動;③立桿的沉降與垂直度的偏差;④安全防護措施是否到位;⑤是否超載。

        2.2 監(jiān)測方法

        腳手架安全監(jiān)測方法以無損監(jiān)測為主[5],扣件螺栓松動依靠人工扭力扳手檢查,安全防護措施通過人工檢查,常見的監(jiān)測方法有:

        (1)采用全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀、卷尺等測量儀器對架體沉降及垂直度進行監(jiān)測,該方法簡單,投入設(shè)備少、設(shè)備來源廣泛,但不能監(jiān)測架體受力情況,且不能實現(xiàn)24 h不間斷實施監(jiān)控和自動報警,人為因素影響大。

        (2)利用應(yīng)力傳感器及位移傳感器對結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件進行力及位移的量測,這種測量基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳感技術(shù)的結(jié)合,直觀、簡單、監(jiān)測結(jié)果精確、可遠程監(jiān)控,一旦有異常變化發(fā)生,系統(tǒng)就會自動報警,實現(xiàn)早發(fā)現(xiàn)問題、早應(yīng)對、早預(yù)防。

        (3)利用聲發(fā)射傳感器陣列采集腳手架發(fā)生聲發(fā)射事件時的聲發(fā)射信號,并轉(zhuǎn)換電信號輸出給信號采集系統(tǒng),實現(xiàn)利用較少傳感器對整個腳手架進行無損傷監(jiān)測及預(yù)警,有效解決腳手架損傷監(jiān)測定位不準的問題。

        3 應(yīng)用實例

        3.1 工程概況

        古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣境內(nèi),電站首部樞紐進水口邊坡因自然災(zāi)害發(fā)生大規(guī)模崩塌滑坡破壞,為保證邊坡穩(wěn)定,設(shè)計要求對該邊坡進行預(yù)應(yīng)力錨索支護,腳手架搭設(shè)高度約110 m,搭設(shè)寬度96 m。

        3.2 荷載取值

        3.2.1 計算荷載

        施工荷載主要有腳手架、扣件、方木板、防護網(wǎng)、錨索、鋼筋、鉆機、鉆桿、鉆具自重等各類恒荷載,鉆孔、人員活動等各類活載,以及風(fēng)載(0.2 kN/m2),各類荷載計算前需進行荷載等效,并結(jié)合施工實際,采取適宜的荷載組合。

        3.2.2 計算模型

        采用Midas Civil建立空間有限元模型,模型均為梁單元,模型中縱向取14跨進行計算,共14 762個節(jié)點,29 406個單元,豎桿底部支撐約束x、y、z三個方向,側(cè)向支撐僅約束x方向(x向為山體指向外側(cè)的方向,y向為平行于山體的水平方向,z向為豎直方向)。

        3.2.3 計算結(jié)果分析

        3.2.3.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

        側(cè)向約束按兩步兩跨設(shè)置連墻件,結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定系數(shù)3.76,小于4,滿足要求。

        3.2.3.2 桿件內(nèi)力計算

        (1)桿件軸力。桿件在恒載+活載作用下,桿件的軸力如圖1所示。

        (2)桿件彎矩。結(jié)構(gòu)在恒載+活載基本組合作用下,最大彎矩為0.56 kN·m。

        (3)立桿穩(wěn)定驗算。在恒載+活載作用下,步距1.4 m時,其安全系數(shù)最小為1.18,立桿長細比為141,小于210,滿足規(guī)范要求。

        (4)水平桿強度驗算。為改善水平桿的受力,采用八字撐加強短桿,按均布荷載施加,計算最大應(yīng)力為151.3 MPa,小于215 MPa,滿足規(guī)范要求。

        3.2.3.3 結(jié)構(gòu)位移

        (1)結(jié)構(gòu)的整體位移。在恒載+活載作用下,結(jié)構(gòu)位移最大1.55 cm,發(fā)生在頂部。

        (2)結(jié)構(gòu)的局部位移。在恒載+活載作用下:邊跨最大位移為0.84 mm,中跨最大位移為0.328 mm,均小于10 mm,且最大撓跨比為1/1 120,小于1/150,滿足規(guī)范要求。

        3.2.3.4 支點反力

        在恒載+活載標準值作用下,支架支反力最大21.2 kN(豎直向上),需要的地基承載力為235.6 kPa,施工時保證地基最低承載力大于250 kPa。

        3.3 安全監(jiān)測

        腳手架施工安全監(jiān)測根據(jù)監(jiān)測對象分為邊坡安全監(jiān)測和架體安全監(jiān)測,根據(jù)監(jiān)測方法分傳統(tǒng)人工監(jiān)測和自動化監(jiān)測(表1)。

        本工程邊坡安全監(jiān)測采用全站儀和水準儀等光學(xué)儀器人工監(jiān)測,主要對邊坡開口線沿線進行水平位移和垂直位移監(jiān)測,架體安全監(jiān)測采用自動、實時、24 h不間斷監(jiān)測系統(tǒng),通過無線組網(wǎng),隨時監(jiān)測并傳輸腳手架架體的軸力、傾斜度、位移、溫度等數(shù)據(jù)。

        架體安全監(jiān)測在腳手架搭設(shè)最高立桿的上、中、下三個區(qū)域布設(shè)監(jiān)測點,采用應(yīng)力計與雙軸智能傾角傳感器監(jiān)測。自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝、調(diào)試完畢后,進入電腦軟件界面,可查詢并打印各個監(jiān)測點任何時段的應(yīng)力應(yīng)變情況(圖2)。

        本工程腳手架搭拆及使用全程,各項監(jiān)測數(shù)據(jù)正常,滿足安全使用要求。

        3.4 結(jié)論

        (1)腳手架的穩(wěn)定性承載能力與架體高度有關(guān),與寬高比無關(guān)。

        (2)連墻件的設(shè)置對高排腳手架的安全穩(wěn)定至關(guān)重要,剪刀撐對架體抗傾覆作用不大,但對提高架體整體穩(wěn)定承載能力作用很大[6]。

        (3)采用測量儀器、應(yīng)力及位移傳感器或聲發(fā)射傳感器等監(jiān)測方法,能夠較好實現(xiàn)腳手架安全的準確監(jiān)測。

        4 結(jié)束語

        腳手架工程屬于高危工程,腳手架搭拆專項方案正式實施前務(wù)必進行安全穩(wěn)定性驗算,驗算通過后,方可組織施工。在腳手架搭設(shè)、使用及拆除全程,須進行安全監(jiān)測,選用先進的應(yīng)力-應(yīng)變自動監(jiān)測系統(tǒng),一方面,能夠提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性,實現(xiàn)24 h自動連續(xù)監(jiān)測、超限報警,另一方面,可以減少人力投入,減輕監(jiān)測作業(yè)強度,降低施工成本,值得類似腳手架工程借鑒參考。

        參考文獻

        [1] 韓偉偉,丘華生,陳立煌.高陡邊坡支護扣件式腳手架的安全與施工技術(shù)[J].住宅與房地產(chǎn),2018,26(31):77-80.

        [2] 施秉華.腳手架的傾覆與穩(wěn)定計算[J].施工技術(shù),1999,30(8):532-535.

        [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):1-5.

        [4] 張厚先.用ANSYS分析扣件式鋼管腳手架的承載性狀[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2010,32(1):166-168.

        [5] 應(yīng)志君,徐雙武等.邊坡施工采用超高層鋼管腳手架安全性能研究[J].四川建筑科學(xué)研究,2012,16(4):092-095.

        [6] 蔣洪寧.扣件式鋼管腳手架設(shè)計計算的幾點討論[J].建筑安全,2006,12(2):102-104.

        3580501908261

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