楊興宇，黃得楊，張海輝，段瑞斌

（1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司 廣州 510500；2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣州 510500）

0 引言

隨著建筑業(yè)發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，我國(guó)大量現(xiàn)代化大型建筑體系的出現(xiàn)，傳統(tǒng)扣件式鋼管腳手架已經(jīng)無法滿足建筑施工發(fā)展的需要，新型腳手架的推廣和應(yīng)用成為當(dāng)務(wù)之急。1994 年“新型模板和腳手架應(yīng)用技術(shù)”項(xiàng)目被建設(shè)部選定為建筑業(yè)重點(diǎn)推廣應(yīng)用的新技術(shù)，自此，新型腳手架進(jìn)入飛速發(fā)展的階段，各種新型腳手架或引進(jìn)或開發(fā)，都逐漸進(jìn)入建筑市場(chǎng)展開角逐。承插型盤扣式鋼管支架為德國(guó)于20世紀(jì)80年代所發(fā)明，后被引入國(guó)內(nèi)，近幾年成為國(guó)內(nèi)包括上海、溫州、蘇州、嘉興、廣州等多地強(qiáng)制或推廣的新型腳手架，發(fā)展迅猛。而輪扣式腳手架為由承插型盤扣式剛支架簡(jiǎn)化衍生的一種架體［1］，節(jié)點(diǎn)形式與承插型盤扣式腳手架相似，均為半剛性節(jié)點(diǎn)承插式連接，繼承了承插型盤扣式鋼管支架自鎖、安拆方便等優(yōu)點(diǎn)，且型式更加簡(jiǎn)易。輪扣式鋼管腳手架作為我國(guó)第一個(gè)擁有完整新型鋼管腳手架自主產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，在2005年被列入了《建筑產(chǎn)品選用技術(shù)推廣應(yīng)用產(chǎn)品》，現(xiàn)已逐漸取代碗扣式、門式鋼管腳手架等，成為主流應(yīng)用腳手架之一。在《建筑施工承插型輪扣式模板支架安全技術(shù)規(guī)程：T/CCIAT 0003—2019》［2］總則中，明確輪扣式腳手架可用于房屋建筑工程及市政工程等場(chǎng)景，而在《承插型盤扣式鋼管支架構(gòu)件：JG/T 503—2016》［3］中，規(guī)定承插型盤扣式鋼管支架也同樣適用于以上場(chǎng)景。二者的構(gòu)件力學(xué)性能有何差異？厘清個(gè)中差異，對(duì)今后設(shè)計(jì)施工選用及推廣新型腳手架，保障建筑施工安全具有一定意義。現(xiàn)有文獻(xiàn)中，對(duì)于承插型盤扣式鋼管支架與輪扣式鋼管腳手架的分析大多圍繞施工周期及造價(jià)［4-5］，或是整體結(jié)構(gòu)的理論分析［6-7］，鮮有對(duì)比二者主要承力構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)分析與研究?；诖?，本文著眼于結(jié)構(gòu)單元節(jié)點(diǎn)，通過對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與試驗(yàn)，對(duì)承插型盤扣式鋼管支架（以下簡(jiǎn)稱盤扣）與輪扣式鋼管腳手架（以下簡(jiǎn)稱輪扣）構(gòu)件力學(xué)性能進(jìn)行了分析研究。

本文從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析研究。

1 材質(zhì)分析

對(duì)比各相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的材料材質(zhì)要求，盤扣與輪扣的主要構(gòu)配件材質(zhì)與規(guī)格如表1所示。

從表1 中可以看出，盤扣在立桿、連接盤、可調(diào)托撐底座材質(zhì)、連接盤厚度和可調(diào)底座托撐絲桿外徑以及防銹處理的要求上均高于《輪扣式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程：廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 44/T 1876—2016》［8］中輪扣的材質(zhì)要求，立桿的橫截面積方面盤扣式也要求≥輪扣。顯而易見，理論單根立桿承載能力上盤扣要大于文獻(xiàn)［8］所規(guī)定的輪扣的單根立桿承載能力，且盤扣會(huì)有相對(duì)更為優(yōu)秀的耐腐蝕性能。而文獻(xiàn)［2］的主要構(gòu)配件材質(zhì)規(guī)格要求相較文獻(xiàn)［8］在立桿、水平桿、連接盤、扣接頭材質(zhì)等要求上均有著相當(dāng)程度上的提高，在水平桿材質(zhì)規(guī)格、連接盤、可調(diào)托撐底座材質(zhì)厚度等方面在要求上均高于盤扣。

表1 輪扣式鋼管腳手架與承插型盤扣式鋼管支架主要構(gòu)配件材質(zhì)對(duì)比Tab.1 Material Comparison of Main Components and Accessories between Disk Lock Steel Tubular and Wheel-buckled Tubular

2 構(gòu)件力學(xué)性能試驗(yàn)

如圖1、圖2 所示，盤扣與輪扣的結(jié)構(gòu)形式相近，均為承插式的半剛性節(jié)點(diǎn)連接。依照標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法，從單元構(gòu)件試驗(yàn)對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比剖析，是對(duì)性能差異性最直觀且可行的方法之一。

圖1 承插型盤扣式鋼管支架節(jié)點(diǎn)Fig.1 Joint of Disk Lock Steel Tubular

圖2 輪扣式鋼管腳手架節(jié)點(diǎn)Fig.2 Joint of Wheel-buckled Tubular

2.1 技術(shù)要求對(duì)比分析

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)的試驗(yàn)方法與技術(shù)要求的解讀［10］，為便于理解，引入《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：GB 51210—2016》［11］中的構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)作為比照參考。

無試驗(yàn)形式相近對(duì)照試驗(yàn)的情況在此不作討論。標(biāo)準(zhǔn)中構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)的評(píng)定要求中均包含“試件各部位不應(yīng)破壞”，故各項(xiàng)參數(shù)實(shí)際包含對(duì)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)綜合力學(xué)性能的評(píng)定。由表2 可見，盤扣的構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)試驗(yàn)中，各類型盤扣的連接盤內(nèi)側(cè)環(huán)焊縫抗剪強(qiáng)度、連接盤雙側(cè)抗剪強(qiáng)度、可調(diào)托撐和可調(diào)底座抗壓強(qiáng)度、連接盤抗拉強(qiáng)度的技術(shù)要求，均較輪扣構(gòu)件相似的力學(xué)性能方法試驗(yàn)要求持平或更高。

表2 輪扣式鋼管腳手架與承插型盤扣式鋼管支架構(gòu)件力學(xué)性能技術(shù)要求對(duì)比Tab.2 Technical Requirements Comparison of Mechanical Properties between Disk Lock Steel Tubular and Wheel-buckled Tubular

2.2 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析

通過對(duì)某第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的輪扣與標(biāo)準(zhǔn)型、重型盤扣委托檢測(cè)數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取各8 組總計(jì)88 套立桿節(jié)點(diǎn)64 套水平桿48 個(gè)支座樣本，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其構(gòu)件力學(xué)性能參數(shù)進(jìn)行綜合對(duì)比與分析。其結(jié)果如表3所示。

表3 構(gòu)件力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Tab3. Comparison Results of Component Mechanical Property Test

值得注意的是，從外表觀察，輪扣樣品部分存在掉漆嚴(yán)重或銹蝕明顯的情況，還大量存在部分構(gòu)配件尺寸規(guī)格不符合文獻(xiàn)［2-3］要求的情況，而盤扣樣品則較少出現(xiàn)此類情況。

2.2.1 節(jié)點(diǎn)焊縫受剪承載力

如圖3所示，輪扣的8組節(jié)點(diǎn)焊縫受剪承載力試驗(yàn)結(jié)果中，有2組總計(jì)5個(gè)試樣破壞荷載未達(dá)到60 kN，試驗(yàn)出現(xiàn)最小破壞荷載為44.25 kN，破壞形式主要為焊縫開裂。試驗(yàn)方法類似的標(biāo)準(zhǔn)型與重型盤扣連接盤內(nèi)側(cè)環(huán)焊縫抗剪強(qiáng)度各8 組結(jié)果均符合文獻(xiàn)［2-3］要求。其中標(biāo)準(zhǔn)型破壞荷載均超過80 kN，最小破壞荷載為198.23 kN；重型破壞荷載均超過120 kN，最小破壞荷載為257.42 kN，其平均破壞荷載均明顯高于輪扣，破壞形式主要為立桿鋼管開裂變形。

圖3 不同種類構(gòu)件節(jié)點(diǎn)焊縫受剪承載力Fig.3 Comparison of Shear Capacity of Joint Welds

2.2.2 節(jié)點(diǎn)受壓及雙側(cè)抗剪承載力

如圖4 所示，輪扣的8 組節(jié)點(diǎn)受壓承載力試驗(yàn)結(jié)果中，有1 組總計(jì)2 個(gè)試樣破壞荷載未達(dá)到30 kN，試驗(yàn)出現(xiàn)最小破壞荷載為23.12 kN，破壞形式主要為輪扣盤與立桿鋼管焊縫開裂、水平桿端接頭焊縫開裂。試驗(yàn)方法類似的標(biāo)準(zhǔn)型與重型盤扣連接盤雙側(cè)抗剪強(qiáng)度各8 組結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其中標(biāo)準(zhǔn)型破壞荷載均超過14 kN，最小破壞荷載為40.02 kN，重型破壞荷載均超過21 kN，最小破壞荷載為45.17 kN，其平均破壞荷載均明顯高于輪扣，破壞形式主要為連接盤斷裂或明顯變形。

圖4 不同種類構(gòu)件節(jié)點(diǎn)受壓承載力/雙側(cè)抗剪承載力Fig.4 Comparison of Joint Compression Bear?ing Capacity / Bilateral Shear Bearing Capacity

2.2.3 可調(diào)支座抗壓承載力

因可調(diào)托撐與可調(diào)底座結(jié)構(gòu)形式與試驗(yàn)方法均一致，故不單列討論。如圖5、圖6 所示，輪扣的各8 組可調(diào)底座受壓承載力與可調(diào)托撐的受壓承載力試驗(yàn)結(jié)果中，有1組總計(jì)1個(gè)試樣破壞荷載未達(dá)到100 kN，試驗(yàn)出現(xiàn)最小破壞荷載為95.45 kN，破壞形式主要為螺桿明顯變形、調(diào)節(jié)螺母破裂。試驗(yàn)方法類似的標(biāo)準(zhǔn)型與重型盤扣的可調(diào)底座抗壓強(qiáng)度與可調(diào)托撐抗壓強(qiáng)度各8組結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。其中標(biāo)準(zhǔn)破壞荷載均超過100 kN，最小破壞荷載為215.8 kN；重型破壞荷載均超140 kN，最小破壞荷載為300.52 kN。從試驗(yàn)結(jié)果反映出重型可調(diào)底座托撐抗壓承載力明顯高于標(biāo)準(zhǔn)型，且其平均破壞荷載均明顯高于輪扣，破壞形式主要為螺桿明顯變形、調(diào)節(jié)螺母破裂。

圖5 不同種類構(gòu)件可調(diào)托撐抗壓承載力Fig.5 Comparison of Compressive Bearing Capacity of Adjustable Brace

圖6 不同種類構(gòu)件可調(diào)底座抗壓承載力Fig.6 Comparison of Compressive Bearing Capacity of Adjustable Base

2.2.4 節(jié)點(diǎn)抗拉承載力

如圖7 所示，輪扣的8 組節(jié)點(diǎn)受拉承載力試驗(yàn)結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，破壞荷載均超過25 kN，試驗(yàn)出現(xiàn)最小破壞荷載為65.36 kN，破壞形式主要為水平桿端接頭焊縫開裂。試驗(yàn)方法類似的標(biāo)準(zhǔn)型與重型盤扣連接盤抗拉強(qiáng)度各8 組結(jié)果均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，標(biāo)準(zhǔn)型與重型構(gòu)件的破壞荷載均超過25 kN，標(biāo)準(zhǔn)型最小破壞荷載為41.56 kN，重型最小破壞荷載為42.17 kN。從試驗(yàn)結(jié)果反映出標(biāo)準(zhǔn)型與重型盤扣構(gòu)件連接盤抗拉承載力無明顯差異，且平均破壞荷載明顯低于輪扣，破壞形式主要為連接盤與插銷扣鎖部位斷裂、水平桿桿端扣接頭破斷。

圖7 節(jié)點(diǎn)抗拉承載力對(duì)比Fig.7 Comparison of Tensile Bearing Capacity of Joints

2.2.5 結(jié)果分析總結(jié)

⑴除節(jié)點(diǎn)抗拉性能以外，試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出明顯特點(diǎn)：盤扣構(gòu)件主要力學(xué)性能參數(shù)均在一定程度上優(yōu)于輪扣，且重型盤扣力學(xué)性能參數(shù)普遍優(yōu)于普通型盤扣，即重型盤扣構(gòu)件的單根承載力＞標(biāo)準(zhǔn)型盤扣構(gòu)件單根承載力＞輪扣構(gòu)件單根承載力；

⑵輪扣的單根抗承載力短板主要體現(xiàn)在焊縫強(qiáng)度上，究其原是預(yù)留橫桿桿端扣接頭連接空間，致其焊接位較少，采取的多為點(diǎn)焊。與之相對(duì)的盤扣構(gòu)件連接盤則采用滿焊工藝，在所檢樣本各抗壓性能試驗(yàn)中未出現(xiàn)連接盤焊縫開裂現(xiàn)象；

⑶試驗(yàn)結(jié)果顯示，輪扣的抗拉承載能力顯著優(yōu)于盤扣構(gòu)件，且標(biāo)準(zhǔn)型盤扣構(gòu)件與重型盤扣構(gòu)件的抗拉承載力差別不顯著。

3 結(jié)語

雖然盤扣與其簡(jiǎn)化衍生的輪扣在結(jié)構(gòu)與連接形式上有一定的相似性，但通過構(gòu)件力學(xué)性能試驗(yàn)揭示了二者構(gòu)件單元承載能力存在一定差異。其中單元抗壓承載能力方面，盤扣構(gòu)件要普遍優(yōu)于輪扣構(gòu)件；而單元抗拉承載能力方面輪扣則優(yōu)于盤扣。

在現(xiàn)代化大型建筑體系快速發(fā)展，對(duì)建筑施工模板支撐體系的研究是一項(xiàng)迫切和重要的工作。厘清承插型盤扣式鋼管支架與輪扣式鋼管腳手架的差異性，對(duì)工程施工現(xiàn)場(chǎng)有針對(duì)性地選取相應(yīng)種類的腳手架構(gòu)件，對(duì)新型腳手架的推廣、發(fā)展應(yīng)用，完善和保障施工安全提供了理論支持與技術(shù)參考。