覃榮展

（中建路橋集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

如今，工程建設(shè)規(guī)模日益增大，越來越多的工程需要采用腳手架完成建設(shè)，尤其是扣件式鋼管滿堂腳手架。但作為施工的重要工具，其安全性與可靠性并未得到與工程建設(shè)同等的重視，將對工程建設(shè)與安全都有很大的影響。因此，應(yīng)根據(jù)相關(guān)理論提出適宜的設(shè)計方法，并提出合理可行的安全控制技術(shù)，以從根本上保證支架安全與穩(wěn)定。

1 節(jié)點(diǎn)與整體力學(xué)性能及相關(guān)理論計算方法

近幾年，我國建設(shè)工程規(guī)模日益加大，對臨時支架提出了更高要求。在不同常用臨時支架中，扣件式鋼管支架以其操作方便、使用靈活和成本相對較低等優(yōu)勢得到了相對廣泛的應(yīng)用。但在實(shí)際建設(shè)中，由于不同方面的原因?qū)е轮Ъ艿顾?，不僅嚴(yán)重影響施工，還可能造成無法挽回的人員傷亡?，F(xiàn)有研究還未考慮支架重復(fù)使用與損傷累積等問題?？奂?jié)點(diǎn)目前主要采用剛性連接或鉸接兩種形式，未考慮半剛性連接的特點(diǎn)，由于理論設(shè)計方法方面存在缺陷，破壞試驗驗證結(jié)果不到位，而是單純憑借以往工程經(jīng)驗與國外相關(guān)技術(shù)規(guī)范，將其作為非承重式的支架。對此，分析支架自身力學(xué)性質(zhì)，特別是滿堂腳手架，能確定與實(shí)際受力特性相符的設(shè)計方法。

通過對扣件進(jìn)行的轉(zhuǎn)動剛度試驗與節(jié)點(diǎn)抗滑試驗，可以得出扣件節(jié)點(diǎn)自身半剛性特性與轉(zhuǎn)動剛度，由此可確定扣件新舊程度及擰緊力矩可能對轉(zhuǎn)動剛度造成的影響，進(jìn)而得出各方面因素可能給扣件自身抗滑能力造成的影響（因素包括扭矩大小、扣件的數(shù)量、新舊程度、與水平桿及豎桿之間的連接方式等），明確抗滑和抗扭剛度以及扣件典型破壞方式，最終提出以曲線分區(qū)法為基礎(chǔ)的扣件半剛性連接基本特性與臨界值判斷相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

基于現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)規(guī)范，對大橫桿式支架進(jìn)行極限承載力結(jié)構(gòu)破壞試驗，由此確定包含支架高度、步距與立桿之間的距離等在內(nèi)的各項因素可能給支架極限承載力造成的影響，進(jìn)而確定支架具體破壞模式與承載作用機(jī)理。綜合考慮不同因素可能給支架自身極限承載力造成的影響，創(chuàng)建一個完善的計算理論，針對彎矩與軸向力的設(shè)計值及穩(wěn)定性計算提出相應(yīng)的計算公式。基于試驗及數(shù)值模擬分析成果，并結(jié)合各項基本理論建立一個簡化的支架模型，提出成套的設(shè)計及計算方法。支架自身臨界荷載可采用以下公式計算得出：

式（1）中：Pcr為臨界荷載；Ya為增跨增大系數(shù)；E為彈性模量；I為慣性矩；fv為非線性系數(shù)；K為有效長度系數(shù)；h為步距高度。

根據(jù)相關(guān)試驗結(jié)果，可確定支架具體破壞模式，判斷支架是否具備滿足要求的承載能力，從本質(zhì)上打破滿堂式腳手架僅能用于施工腳手架這一偏見，為支架進(jìn)一步拓展應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)，提供可靠的理論支持，同時還能為相關(guān)規(guī)范的進(jìn)一步修訂及完善提供可靠的參考依據(jù)[2]。

2 承重式鋼管模板支架

以相關(guān)課題研究成果及技術(shù)規(guī)范為依據(jù)，研發(fā)出一套專門針對承重式鋼管模板支架的成套設(shè)計軟件，該軟件的出現(xiàn)和應(yīng)用從根本上改變了以往設(shè)計軟件只能針對某個單一構(gòu)件實(shí)施分析驗算的現(xiàn)狀。將結(jié)構(gòu)斷面作為一個單元對模板支架實(shí)施方案設(shè)計，此時用戶只需將斷面對應(yīng)的CAD圖與模板支架材料等信息導(dǎo)入到軟件當(dāng)中，就可以自動生成斷面中不同構(gòu)件之間的關(guān)系，包括墻、板和梁等，以此在保證安全的基礎(chǔ)上，對總體方案進(jìn)行更經(jīng)濟(jì)地優(yōu)化，最終在提出方案的同時還能提供各節(jié)點(diǎn)的詳圖、計算圖與斷面圖。整個設(shè)計流程中均引入向?qū)降囊龑?dǎo)，無論專業(yè)人士或非專業(yè)人士都能輕松使用，順利完成整個設(shè)計過程，從根本上打破專業(yè)上的限制，提高操作便捷性。此外，利用在線平臺為所有用戶提供以云計算為基礎(chǔ)的軟件服務(wù)及在線解決方案，使無論身處何地的用戶都能在Web的支持下實(shí)現(xiàn)軟件應(yīng)用[3]。

3 安全控制

立桿垂直度與扣件扭矩都會給支架自身承載力造成較大影響。就目前來看，相關(guān)規(guī)范提出了扣件扭力矩應(yīng)達(dá)到40～65N·m的要求，但實(shí)際操作過程中為了方便，很多時候扭力矩?zé)o法達(dá)到相關(guān)規(guī)范提出的要求，使支架部分位置的承載力大幅下降，無法達(dá)到基本的施工要求；對于立桿的垂直度，相關(guān)規(guī)范提出采用垂線和鋼尺進(jìn)行測量檢驗的要求，但采用該方法時，相關(guān)操作人員要爬到架體的上方，操作較為復(fù)雜和困難，還存在很大的安全隱患，容易受到外界各方面因素的影響和干擾，且最終的檢測結(jié)果也難以保證，容易產(chǎn)生很大的偏差[4]。

針對以上安全方面的問題，研發(fā)出以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的檢測軟件，專門對立桿實(shí)際垂直度進(jìn)行檢測，使用智能手機(jī)即可安裝與使用。利用智能手機(jī)與平板電腦上加裝的三軸陀螺儀，采用拍照的方式確定設(shè)備的實(shí)際姿態(tài)，然后完成圖像處理與人機(jī)交互，以快速且準(zhǔn)確地得出立桿實(shí)際垂直度，在保證檢測效率與檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的同時，消除采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行檢測時存在的安全隱患，且能實(shí)現(xiàn)隨搭隨檢，保證支架整體搭設(shè)質(zhì)量。該檢測方法不僅成本低廉，還有很強(qiáng)的適應(yīng)性，且檢測結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確[5]。

由于支架施工中常用的簡易扳手的力臂較短，將扣件擰緊到標(biāo)準(zhǔn)要求的力矩往往需要很長的時間，工人也需要消耗較多的體力，導(dǎo)致扣件力矩經(jīng)常無法達(dá)到要求。通過借助測力扳手進(jìn)行現(xiàn)場取樣與檢測，大多數(shù)情況下扣件的扭矩只能達(dá)到30～35N·m，與標(biāo)準(zhǔn)要求的扭矩相差約20%。目前市場上常見的扭矩扳手為了避免扭矩過大導(dǎo)致螺母被破壞，對上限扭力矩進(jìn)行控制，即當(dāng)上限扭力矩超出限度后，扳手將失效。但腳手架扣件的質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)并非扭力矩上限，而是下限，對此，需要專門研發(fā)出一種特殊扳手，即在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的扭矩之前不松脫，采用這一扳手進(jìn)行作業(yè)，不僅操作十分方便，還能對扣件擰緊質(zhì)量予以有效控制，避免采用傳統(tǒng)扳手作業(yè)時扭矩產(chǎn)生離散。

腳手架拆除也是一個安全控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在腳手架拆除過程中，應(yīng)做好以下幾項安全控制工作：正式拆除腳手架之前應(yīng)先做好以下各項準(zhǔn)備工作：對腳手架進(jìn)行全面檢查，尤其是扣件之間的連接固定和支撐體系能否達(dá)到安全要求，然后以檢查結(jié)果為依據(jù)，并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況制定完善的拆除方案，并交付相關(guān)部門予以審批，批準(zhǔn)后做好技術(shù)交底，根據(jù)拆除施工現(xiàn)場實(shí)際情況，設(shè)置好臨時護(hù)欄及各類警戒標(biāo)志，同時安排專人負(fù)責(zé)看守；腳手架拆除作業(yè)區(qū)內(nèi)不允許任何無關(guān)人員進(jìn)入，以免發(fā)生危險；腳手架拆除前，應(yīng)得到現(xiàn)場相關(guān)負(fù)責(zé)人的批準(zhǔn)，開始拆除后，安排專人進(jìn)行指揮，保證上下呼應(yīng)，協(xié)調(diào)一致；腳手架的拆除順序為：后搭設(shè)的先拆，先搭設(shè)的后拆，禁止通過推倒或拉倒來拆除；腳手架的固定件需要和腳手架同步逐層拆除，拆除最后一個立桿后，先通過搭設(shè)臨時支撐來可靠加固，然后再對固定件和支撐件進(jìn)行拆除；拆除下來的部分應(yīng)盡快運(yùn)輸?shù)降孛妫豢芍苯訌目罩邢蛳聮仈S；鋼管架的拆除要按照與搭設(shè)完全相反的順序進(jìn)行，拆除下來扣件與桿件需采用安全的方式吊下并運(yùn)走，不可直接向下拋擲，以免發(fā)生意外將人員砸傷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異?；虬l(fā)生危險情況時，必須立即通知架上工作人員快速撤離，以免支架倒塌造成傷亡；拆除時，所有已經(jīng)松動的桿配件都要立即拆除并運(yùn)走，防止誤扶或誤靠導(dǎo)致墜落。在施工現(xiàn)場應(yīng)切實(shí)做好人員協(xié)調(diào)配合，禁止單人對重量較大的桿件進(jìn)行拆除，以免發(fā)生危險。

4 結(jié)語

綜上所述，本文基于現(xiàn)有技術(shù)規(guī)范，將確保支架安全作為根本目標(biāo)，通過扣件試驗與理論分析，從相關(guān)試驗研究及理論創(chuàng)新等不同角度入手建立了專門的設(shè)計軟件，并提出支架安全控制要點(diǎn)和方法，以此為支架在工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用提供可靠支撐，同時為相關(guān)技術(shù)規(guī)范的編制及完善提供參考依據(jù)。目前，上述理論及方法已經(jīng)在實(shí)際的工程建設(shè)過程中得到應(yīng)用，并取得了良好的成果，使工程自身綜合效益得以顯著提升。