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摘要：扣件式鋼管模板支架因其構造簡單，便于搭建，而在實際工程中得到了廣泛的應用，但對近年來工程事故調查發現，支架失穩是造成工程事故的一個重要的原因。本文以現有模板支架體系理論為出發點，采用有限元軟件對影響模板支架穩定性的搭設參數進行研究分析，并在與前人成果對比分析的基礎上，為實際工程中模板支架的搭設提供有價值的參考依據，同時對模板支架安全技術規范提出一些有用的建議和修改意見。 ...

扣件式鋼管模板支架搭設參數對穩定性影響的研究

張裕星 薛瑜

1）陜西建工第三建設集團有限公司710043 西安

2）陜西省建筑科學研究院 710082 西安

1、引言

隨著我國經濟的進步，具有架設與拆除快速便捷、較好的適應性和經濟性的扣件式鋼管模板支架的應用量越來越大，應用范圍也越來越廣。但實際工程中，普遍存在對支撐體系重要性認識不足、重視不夠的現象，經常按習慣經驗搭設，導致支撐體系的設計與實際工況不相符。

調查結果顯示，發生事故誘因主要有：

(1) 材料原因。未使用規范規定的鋼管及扣件，且材料多是循環使用，腐蝕較為嚴重，致使材料性能下降。

(2) 設計原因。對支撐體系剛度及穩定性驗算不足，同時在設計中進行過于簡化，導致理論計算與實際情況差異較大。

(3) 施工原因。由于規范對相關搭設參數的要求相對簡略，使得一些技術人員不能恪盡職守的搭設支撐體系。

2、有限元模型的建立

目前理論已經驗證扣件節點半剛性是影響支撐體系承載力的重要因素[1]，在此基礎上，本文選取了d值、立桿步距、a值三個因素作為搭設參數，分析其對扣件式鋼管模板支架穩定承載力的影響。

2.1 單元類型的選取

為了較好的模擬扣件節點的半剛性，文中選擇combin14[2]彈簧單元模擬半剛性。采用beam188單元模擬立桿和水平桿，采用beam44單元模擬豎向和水平剪刀撐。

2.2 有限元模型的建立

鋼管均采用Q235結構鋼，本構關系為理想的彈塑性模型，各向同性，屈服強度為235Mpa，彈性模量2.06×106N/mm2，泊松比0.3。

扣件節點均采用半剛性節點，剪刀撐與立桿的連接采用鉸接，支架與地面鉸接，不考慮風荷載、地震荷載及動力荷載的影響，同時對結構由于多次使用及初始缺陷取為所加載豎向荷載的1.0%[3]。

有限元模型及材料的本構關系如圖1、圖2所示。

表1 搭設參數水平值

圖3 模板有限元模型

3、穩定承載力分析

3.1 立桿伸出頂層水平桿長度(a值)

從《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)[4]中可知：a值對模板支架的計算長度有著非常大的影響，進而對支架的整體穩定性產生決定性的作用，如式1所示。

式中：I0：立桿的計算長度；

K：計算長度附加系數，按《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)相應規定取值；

U：模板支架的步距；

A：考慮腳手架整體穩定因素的單桿計算長度系數

a：立桿伸出頂層的距離。

同時規定立桿伸出頂層水平桿的長度a值不應超過0.5m。

施工單位大多采用頂托來調節立桿a值，其長度為0.6m，搭建時將頂托插入立桿頂部，其托盤扣在大楞木下，使得頂托和立桿組成一軸壓桿件。但在實際搭設中，為了搭建的方便，a值大都超過了0.4m。

鑒于許多學者在對支撐架體系a值提出了不同的意見和建議，因此，本文將a值作為影響結構整體穩定性的重要搭設參數，從理論上探討a值對結構的影響。

有限元計算結果如表2所示。

表2 a值對支架整體承載力的影響

序號	立桿間距(m)		步距(m)	a值(m)	支架承載力(kN)	承載力變化幅度
	橫向	縱向
1	1.0	1.2	1.2	0.0	90.60	0.00%
2	1.0	1.2	1.2	0.2	86.45	-4.56%
3	1.0	1.2	1.2	0.3	82.70	-8.72%
4	1.0	1.2	1.2	0.4	77.12	-14.86%
5	1.0	1.2	1.2	0.6	71.10	-21.43%

從表2可知：隨著a值的增加，承載力逐漸的下降。a<0.2m時，下降的趨勢不明顯。當a=0.2m時，承載力僅比a=0.0m時下降4.56%，下降幅度不明顯(不大于5%)，而當a=0.3m時，下降幅度為8.72%，a>0.3m時，承載力大幅度下降。此時，支架的屈曲形式將會近似于懸臂立柱的屈曲模式，這就是為何a值越大，支架承載力下降幅度越大的原因所在。

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)[4]中6.9.1條規定：a值不應超過0.5m，但模擬結果顯示，規范片面強調施工便利，而忽視了承載力的安全儲備。故本文認為a值不宜超過0.2m，不應超過0.3m，以保障模板支架具有足夠的安全性。

3.2 立桿伸出底層水平桿長度(d值)

將掃地桿長度設置為搭設參數對模板支架承載力影響的結果列于表3所示。

表3 d值對支架整體承載力的影響

序號	立桿間距(m)		步距(m)	d值(m)	支架承載力(kN)	承載力變化幅度
	橫向	縱向
1	1.0	1.2	1.6	0.0	87.70	0.00%
2	1.0	1.2	1.6	0.2	86.13	-0.02%
3	1.0	1.2	1.6	0.3	85.74	-0.02%
4	1.0	1.2	1.6	0.4	84.96	-0.03%
5	1.0	1.2	1.6	0.6	83.16	-0.05%

從表3中可以看出：支架的整體穩定承載力隨著掃地桿長度(d值)的逐漸增大而逐漸降低，但是從表3中可知，隨著掃地桿長度的不斷增大，支架體系的承載力變化幅度相對較小，都在5%以內。

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)[4]中對掃地桿長度(d值)做了強制的規定：不應大于0.2m。但綜合以上分析：在設置掃地桿時，現行規范尚有值得商榷的地方，本文建議將掃地桿長度(d值)的限制應有所放松。

3.3 步距

通過對模板支架事故分析發現，為搭設方便，許多施工現場未按規范要求的步距搭設，從而造成支架坍塌事故層出不窮，故將步距作為影響結構整體穩定性的重要搭設參數，從理論上探討步距對結構的影響。

將立桿間距作為一個搭設參數進行有限元數值模擬分析的結果列于表4。

表4 立桿步距對支架整體承載力的影響

序號	立桿間距(m)		a值、d值(m)	步距(m)	支架承載力(kN)	承載力變化幅度
	橫向	縱向
1	1.0	0.0	0.2	1.2	105.11	0.00%
2	1.0	0.2	0.2	1.3	96.77	-7.94%
3	1.0	0.3	0.2	1.4	90.12	-14.27%
4	1.0	0.4	0.2	1.6	81.11	-22.84%
5	1.0	0.6	0.2	1.8	73.83	-29.77%

從表4可知，隨著步距的增大，支架的承載力呈總體呈減小的趨勢，但減小的幅度不斷縮小。這是由于當步距達到一定的值后，水平桿對立桿的約束能力減小所致。

從表4中不難看出，步距1.2m時，支架的整體承載力105.11kN，比步距1.4m時，提高15.00kN，提高幅度為14.27%，比步距為1.8m時高出31.30kN，提高29.77%。可知：步距對支架承載力的影響十分明顯，這也是許多模板支架事故發生的一個重要原因。

《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)[4]中第6.9.1條及其條文說明明確規定了步距不宜超過1.8m，本文認為規范對于步距的限制過于寬松，應將步距改為不應大于1.8m。

4、結語

文中重點研究分析了掃地桿長度d值、立桿伸出頂層水平桿長度a值，步距三個搭設參數對模板整體承載力的影響，得出了一些有用的結論。

(1) 掃地桿的設置(d值)對模板支架整體承載力有很大的影響，隨著d值的增加，承載力逐步下降，但在d值不大于0.6m時，承載力下降不明顯。《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)[4]對d值做了強制規定：不應大于0.2m，但數值模擬分析的結果顯示，掃地桿的設置高度尚有商榷，建議將d值設置高度的限制應有多放松。

(2) 立桿伸出頂層水平桿長度(a值)對承載力的影響非常明顯，《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)[4]對a值的規定過于考慮施工便利，規定a值不應超過0.5m，但分析結果顯示，規范沒有充分考慮結構應具有足夠的安全儲備，故本文認為a值的取值應更嚴格限制，建議將a值的取值定為不宜超過0.2m，不應超過0.3m，以保障模板支架具有足夠的安全性。

(3) 步距對模板整體承載力有很大影響，隨著步距增大，承載力逐漸減小，并且減小幅度有所緩和。研究認為《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011)[4]對步距的最大限值應有所降低，以保證結構的安全，故本文建議應將步距改為不應大于1.8m。

參考文獻

[1]胡長明、車佳玲、節點半剛性對扣件式鋼管模板支架穩定承載力的影響分析工業建筑．2010，40(2)：20-23

[2]郝文化、ANSYS土木工程應用實例北京：中國水利水電出版社，2005

[3]沈勤、胡長明、搭設參數對扣件式鋼管模板支架整體穩定性影響的數值分析工業建筑．2010，40(2)：36-41

[4]《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》(JGJ130-2011) 北京：中國建筑工業出版社，2011

(本文來源：陜西省土木建筑學會 文徑網絡：劉軍 呂琳琳 編輯 劉真 文徑 審核)

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