碗扣式钢管脚手架作为建筑施工的一种新型脚手架体系,应用广泛。然而多年来碗扣式钢管脚手架设计一直沿用扣件式钢管脚手架规范,使碗扣式钢管脚手架设计无据可依。本文以主编我国《建筑碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)为契机,依托河北省建设科技研究计划项目“碗扣式钢管脚手架整体结构荷载试验研究”,对碗扣式钢管脚手架和模版支撑架分别进行了整体结构承载力试验研究和有限元数值分析,主要研究内容和成果如下。(1)设计了6组双排碗扣式钢管脚手架极限承载力试验方案,比较竖向荷载单独作用以及竖向荷载和水平荷载共同作用下脚手架的极限承载力和破坏模式,得到设置水平斜杆和廊道斜杆对脚手架极限承载力和破坏模式的影响规律。试验结果表明,水平荷载作用下脚手架面外位移增大,承载力降低;设置水平斜杆和廊道斜杆可显著提高脚手架承载力,有效减小脚手架变形。(2)设计了8组碗扣式钢管模板支撑架极限承载力试验方案,比较国标碗扣与非国标碗扣钢管模板支撑架破坏模式和承载力,得到设置水平及竖向剪力撑的支撑架极限承载力和破坏模式,以及立杆步距、天杆高度和高宽比对支撑架极限承载力和破坏模式的影响。试验结果表明,采用非国标碗扣的钢管模板支撑架极限承载力由节点强度控制,国标碗扣的钢管模板支撑架的破坏形式为整体失稳破坏;当其他条件相同时,天杆高度、高宽比、步距增大时,支撑架承载力降低;同时设置水平及竖向剪力撑时将有效提高支撑架极限承载力。(3)设计了2组碗扣节点受力性能试验方案,比较国标与非国标碗扣节点性能,得到碗扣节点与脚手架破坏先后顺序,分析碗扣节点的刚度。试验结果表明,非国标碗扣承载力由强度控制;国标碗扣节点脚手架杆件先于碗扣发生屈服,碗扣节点受力性能良好,碗扣节点为半刚性连接节点。(4)按空间铰结体系建立碗扣式钢管脚手架和模板支撑架有限元模型,分析其极限承载力和破坏模式,并与试验结果进行对比。根据碗扣式脚手架与模板支撑架承载力试验结果与有限元分析结果,给出了碗扣式脚手架杆件计算长度的计算公式。本文研究成果可为编制《建筑碗扣式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)提供试验数据和理论依据,亦可为碗扣式钢管脚手架和模板支撑架设计提供参考。
