布仁巴圖
摘 要:在工程施工活動中,腳手架施工是一種最常用的施工方法。隨著技術(shù)的革新和工程活動的不斷擴大,腳手架支撐體系逐漸發(fā)展出承載能力大、安全系數(shù)高的盤扣式腳手架。文章通過查閱大量文獻,從盤扣式腳手架的理論支撐、試驗支撐和工程實踐應(yīng)用等方面,介紹了盤扣式腳手架的發(fā)展背景和研究進展,并通過與傳統(tǒng)腳手架進行對比,分析了盤扣式腳手架的優(yōu)勢與不足。
關(guān)鍵詞:盤扣式腳手架;研究進展;傳統(tǒng)腳手架;對比分析
中圖分類號:TU714 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-1064(2021)02-027-02
DOI:10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.012
隨著我國土木工程建設(shè)的不斷發(fā)展,全國各地有大量土木工程正在興建,而在橋梁工程和房建工程中,腳手架是一種最常用的輔助施工體系,在各類工程中應(yīng)用頻率逐漸增高,其類型得到了不斷更新。近年來,隨著鐵路、公路等交通設(shè)施的不斷建設(shè),越來越多的工程建筑在實際施工過程中大量使用腳手架支撐結(jié)構(gòu),極大地推動了腳手架支撐系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展,完善了腳手架施工技術(shù)。腳手架是一種支撐架結(jié)構(gòu),架體需要承載較重的重量,傳統(tǒng)腳手架多使用碗扣構(gòu)件進行搭建,但其結(jié)構(gòu)常常發(fā)生失穩(wěn)或破壞,引發(fā)安全問題;傳統(tǒng)的腳手架支撐結(jié)構(gòu)整體安全系數(shù)較低,極易引發(fā)安全事故,現(xiàn)代腳手架還偏向大噸位、大跨度方向,限于傳統(tǒng)腳手架鋼桿本身的承載能力,因而發(fā)展出了承載能力大、安全系數(shù)高的盤扣式腳手架。
1 模板體系理論和試驗研究
盤扣式腳手架作為一種模板體系,國外研究人員對模板支撐系統(tǒng)的理論分析和框架試驗研究,已經(jīng)進入了一個比較深入的階段。
1974年,R.K.Agarwal和N.J.Gardner對板柱結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場的支撐架進行監(jiān)測,從而提高理論計算模型,使之更切合實際。1977年,Lightfoot和Oliveto計算模板承載力時,采用了塑性分析方法和彈性屈曲分析方法相結(jié)合的方式綜合進行了計算。1979年,Homes和Hindson在研究模板支撐體系穩(wěn)定承載力時,進行了支撐架的足尺模型試驗,分析了模板支撐體系在水平荷載和豎向荷載作用下的穩(wěn)定承載力[1]。
1986年,Hadipriono與Wang通過對發(fā)生在美國的近80多件支架事故進行了調(diào)查、整理、研究,剖析了事故內(nèi)因與外因,并總結(jié)得出腳手架的設(shè)計及施工技術(shù)是引起事故的主要內(nèi)因,主要外因是材料及施工荷載的不標(biāo)準(zhǔn)、不規(guī)范。1995年,S.L.Chan與J.L.Peng在腳手架節(jié)點具有一定剛度的假設(shè)上,利用計算長度分析法推導(dǎo)得出腳手彈性理論設(shè)計計算方法[1]。在英國戈德利的節(jié)點半剛基礎(chǔ)上,從二維和三維的角度用有限元軟件模擬分析了模板支撐。隨后,Godley在考慮了節(jié)點非線性模型的使用基礎(chǔ)上,從二階幾何非線性的角度分析了模板支撐體系[2]。2000年,Yue-Lin Huang等通過對支撐架進行應(yīng)變試驗,得出立桿的軸向力和與測量的橫向位移,并通過分析兩者之間的關(guān)系,產(chǎn)生一個故障模式控制桿的法律的LVDT(線性可變差動變壓器)處理。2001年,Peng等人經(jīng)過理論推導(dǎo)得出了支撐架構(gòu)件的位移—荷載本構(gòu)關(guān)系方程,建立了支撐架構(gòu)件的近似分析方法。2005年,Weesner和Jones通過分析幾何非線性結(jié)果,對模板支撐體系的四種結(jié)構(gòu)形式進行足尺極限承載力試驗,提出幾何非線性分析計算結(jié)果更加貼近實際試驗。2011年,Tayakon進行了碗扣式腳手架關(guān)節(jié)剛度的試驗,得到了關(guān)節(jié)剛度數(shù)據(jù)模型。通過現(xiàn)場試驗,統(tǒng)計分析了材料缺陷和幾何缺陷,給出了碗扣式腳手架幾何初始缺陷和初始偏心率的概率分布模型。2012年,Kim J.R. Rasmussen和HaoZhang等人通過研究鋼管腳手架的力學(xué)和幾何性能的統(tǒng)計數(shù)據(jù),建立了二階非彈性結(jié)構(gòu)分析模型,分析了該模型的可靠性。
在國內(nèi),徐崇寶針對雙排扣件式腳手架極限承載力給出了半剛性修正系數(shù),尹德生通過對直角扣件連接點轉(zhuǎn)動剛度進行理論分析和現(xiàn)場試驗,驗證了鋼管彈性轉(zhuǎn)動階段。陸征然等都通過轉(zhuǎn)角試驗測試了節(jié)點的轉(zhuǎn)動剛度,并結(jié)合曲線擬合給出了各自的轉(zhuǎn)動剛度值[1]。
2 盤扣式腳手架的工程實踐應(yīng)用
盤扣式腳手架是一種基于碗扣式腳手架形成的新產(chǎn)品,具有更好的靈活性和功能性。其使用圓盤扣形成一個圓形的固定板,鋼接頭,楔形鎖定螺栓作為連結(jié)部件,其盤扣節(jié)點如圖1所示。
秦慧程和張立軍以武漢軌道交通21號線為依托工程,從滿堂支架法及膺架法兩個角度分析了盤扣式腳手架的應(yīng)用形式、受力驗算等內(nèi)容,提出盤扣式腳手架具有外觀整潔美觀、安拆快速方便、受力合理、安全性高等優(yōu)點,在高架橋梁施工中已被廣泛采用,具有很好的推廣價值[3]。
扣件式、門式、碗扣式腳手架都是傳統(tǒng)的腳手架。隨著各種工藝技術(shù)的更新,產(chǎn)生了盤扣式腳手架,因其能承載更高的重量,且安全系數(shù)更高,比傳統(tǒng)腳手架更加優(yōu)秀,正在逐步推廣應(yīng)用。
周雪平依托蘇州斜港大橋新項目,針對現(xiàn)澆箱梁工程,提出了相比傳統(tǒng)鋼管腳手架,盤扣式的優(yōu)勢。劉玉達和楊濤以三角形結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ),將盤扣式腳手架中的立桿、斜桿、橫桿等進行簡化和搭建,建立了盤扣式腳手架的穩(wěn)定三維空間架體。宋蘭祿對盤扣式腳手架施工以及安全措施進行了詳細探究,總結(jié)出盤扣式腳手架施工質(zhì)量保證措施和施工安全管理方法。武斌等人介紹了盤扣式懸挑腳手架與盤扣式落地腳手架基礎(chǔ)施工方法和具體要點。黎卓勤[4]等人以河池市巴馬互通A匝道跨線橋為工程實例,驗算了桿件在自重和施工人員、設(shè)備荷載作用下的穩(wěn)定性。高煒等人進行了腳手架模型試驗,檢測了盤扣式腳手架的樣品外觀質(zhì)量、尺寸、主要構(gòu)配件的力學(xué)性能等指標(biāo)。于華介紹了扣式腳手架的產(chǎn)生背景,論述了盤扣式腳手架在橋梁工程中的應(yīng)用[5]。魏富平針對建筑結(jié)構(gòu)升級改造需要,指出了盤扣式腳手架的施工優(yōu)勢,并介紹了具體支架施工工藝流程。
3 對比傳統(tǒng)腳手架
扣件式腳手架、碗扣式腳手架以及盤扣式腳手架作為最常用的幾種腳手架,都以其自身的特點占據(jù)著不同的市場[6]。
3.1 整體穩(wěn)定性
盤扣式腳手架將插銷插入圓盤,以此連接構(gòu)件,可確保各種類型的桿件能有效地連接在一起。而楔形形狀的插銷結(jié)構(gòu)可以使插銷在受震動等作用下更加鎖緊,提高腳手架的穩(wěn)定性。
碗扣式的立桿和剪刀撐由于采用扣件連接會留有空隙,導(dǎo)致剪刀撐不能與一個撐內(nèi)的所有立桿連接,進而大大降低了腳手架的穩(wěn)定性。
作為偏心連接的扣件式桿件,其荷載傳遞主要依靠抗滑力,導(dǎo)致扣件式腳手架整體承載力較低。
3.2 現(xiàn)場施工
盤扣式腳手架搭建簡單、效率較高,同時其構(gòu)件尺寸標(biāo)準(zhǔn),在施工過程中容易整理、規(guī)范施工,其施工方法簡單,對工作人員技術(shù)要求不高,可以有效控制施工質(zhì)量。
碗扣式腳手架構(gòu)件尺寸固定,限制了腳手架結(jié)構(gòu)的尺寸與設(shè)計。且由于其扣件類型尺寸不統(tǒng)一,在施工現(xiàn)場容易造成亂堆亂放,影響腳手架結(jié)構(gòu)質(zhì)量,引發(fā)安全事故。
扣件式腳手架在搭建方面較為簡便靈活,但其配件較多,容易出現(xiàn)現(xiàn)場亂堆亂放現(xiàn)象,引發(fā)安全事故。
3.3 經(jīng)濟性
碗扣式和扣件式腳手架是使用了許多年的成熟施工工藝,在經(jīng)歷了多年的市場競爭后,兩種腳手架的價格相對趨于穩(wěn)定和標(biāo)準(zhǔn),所以這兩種腳手架的價格比盤扣式的更加穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)、更有優(yōu)勢[6]。
盤扣式腳手架是一種新出現(xiàn)的體系,其生產(chǎn)還較少,市場沒有飽和,市場價格也不夠穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn),缺少相應(yīng)規(guī)范,因此其構(gòu)件采購價格較高。但盤扣式腳手架因其高效的施工效率,能在一定程度上降低施工時的工期成本。同時,盤扣式腳手架現(xiàn)場施工不會產(chǎn)生構(gòu)件亂堆亂放現(xiàn)象,可提高施工安全性,在一定程度上節(jié)約施工成本。
4 結(jié)語
通過查閱大量盤扣式腳手架相關(guān)文獻,可以明顯看出,盤扣式腳手架相關(guān)研究內(nèi)容主要集中在工程實踐應(yīng)用方面,且因為其優(yōu)點,盤扣式腳手架正在逐漸被推廣使用。
盤扣式腳手架搭設(shè)隨意性小、需要工人具備一定的專業(yè)操作能力,人工成本較高。因此,如何加大盤扣式腳手架的推廣使用,是一個有待解決的難題。
隨著各類工程建筑的要求越來越高,其相應(yīng)的輔助施工措施要求也越來越高,仍需進一步研究探討新型腳手架結(jié)構(gòu)。
參考文獻
[1] 徐燦.承插型盤扣式超厚模板支撐體系整體承載力研究[D].重慶:重慶大學(xué),2015.
[2] 陳建.門式鋼管模板支架受力性能研究[D].長沙:中南大學(xué),2010.
[3] 秦慧程,張立軍.淺析盤扣式腳手架在高架現(xiàn)澆梁中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2018(12):143-144.
[4] 黎卓勤,青志剛,黃凱科.盤扣式腳手架在現(xiàn)澆橋梁施工中的計算及應(yīng)用[J].西部交通科技,2019(3):84-86.
[5] 朱懷銀.盤扣式支架在鐵路工程橋梁施工中的應(yīng)用[J].上海鐵道科技,2017(3):71-72,81.
[6] 王森林,王星嶼,項凱,等.幾種常用腳手架支撐體系應(yīng)用比選分析[J].科技資訊,2019,17(22):71-72.