腳手架鋼管及扣件現場調查與試驗分析

王振興 陳 奎

(河南五建建設集團有限公司，河南 鄭州 450007)

0 引言

建筑工程與市政工程中鋼管腳手架大量使用。腳手架的安全與腳手架鋼管(簡稱鋼管)和各類扣件的材質及安裝質量密切相關。實際工程中腳手架設計通常采用的參數為：鋼管直徑48 mm、壁厚3.5 mm；扣件上螺栓的擰緊扭力矩40 N·m～65 N·m，直角扣件和旋轉扣件抗滑承載力8 kN[1]。實際流入施工現場的鋼管、扣件壁厚通常偏小，螺栓擰緊力矩小于規范標準，導致腳手架驗算中參數取值偏差，使現場施工存在安全隱患。

本文對鄭州市建筑、市政10個工地腳手架構件隨機抽檢，實地調查鋼管壁厚、扣件重量、扣件螺栓擰緊力矩等指標；并針對直角扣件和旋轉扣件，設計了不同擰緊力矩的抗滑試驗，為腳手架設計提供參考。

1 現場調查

1.1 鋼管壁厚

對鄭州市建筑、市政等10個工地的鋼管壁厚進行隨機抽檢，每個工地50根，共500根。調查結果如圖1所示。

從圖1可知，由于鋼管制作偏差及周轉使用中的銹蝕和磨損現象等，鋼管實際壁厚普遍偏小。工程中的鋼筋壁厚集中在2.5 mm～3.5 mm。

從圖1還可以發現，壁厚分布大致服從正態分布。當按正態分布來進行統計分析時，可得μ=3.015 mm，σ=0.214 6 mm。仿照文獻[2]對截面尺寸和材料強度取值的基本原則，針對當前施工管理水平，取相應于97%的保障率來確定其概率密度曲線上的分位數，從而得到腳手架設計時鋼管壁厚取值t=2.7 mm。

1.2 扣件重量

由于扣件外形較復雜，不易直接測定其壁厚等尺寸，本文選擇扣件重量作為統計參數。扣件重量間接地反映了其截面尺寸，因此也是影響扣件抗滑極限承載力的重要參數。

根據文獻[1]附錄A的規定：單個直角扣件的重量是13.2 N(1.35 kg)，旋轉扣件的重量是14.6 N(1.49 kg)，對接扣件的重量是18.4 N(1.88 kg)。

對鄭州市10個建筑、市政工程工地腳手架扣件重量進行調查，每個工地直角扣件、旋轉扣件、對接扣件各30個，調查成果見圖2～圖4。

從圖2～圖4可見，僅有10%左右現場使用的扣件重量達到文獻[1]規定的標準重量。這將影響扣件的抗滑移能力和極限承載力，從而影響整個腳手架體系穩定性。

1.3 擰緊力矩

扣件式鋼管腳手架使用過程中，立桿、水平桿、斜桿相互間用扣件連接，扣件螺栓的擰緊力矩對它們的連接起著關鍵的作用，文獻[3]規定扣件的擰緊力矩應為40 N·m～65 N·m。現場施工中，由于扣件數量巨大，螺栓的擰緊力矩通常小于標準值，導致扣件抗滑能力降低，影響架體安全。

對鄭州市建筑、市政10個工地共500個旋轉扣件的擰緊力矩進行隨機抽檢。抽檢時針對工地已搭設完成、尚未加載的腳手架扣件進行復緊，并以復緊的起始力矩作為抽檢結果。擰緊力矩的抽檢結果如圖5，圖6所示。

從圖5，圖6可以看出，現場抽檢得到的扣件擰緊力矩集中在20 N·m～40 N·m，超過40 N·m約占10%，遠低于文獻標準值。

2 扣件抗滑移試驗

扣件的抗滑能力對腳手架的安全至關重要。一般認為，抗滑移能力與扣件的幾何尺寸、螺栓擰緊力矩、鋼管表面粗糙程度等多個因素有關。

本文針對直角扣件、旋轉扣件進行抗滑試驗，得出螺栓擰緊力矩與極限抗滑力之間的關系。試驗裝置如圖7所示，試驗結果如表1,表2及圖8所示。

試驗結果表明，扣件的擰緊力矩在40 N·m～50 N·m時，一部分扣件螺栓就會發生滑絲(見表1,表2)，扭矩達到60 N·m時甚至會出現扣件脆性斷裂(如圖8所示)，表明當前建筑市場扣件質量普遍低下。

表1 直角扣件抗滑試驗參數表

表2 旋轉扣件抗滑試驗參數表

由表1可知，當螺栓擰緊力矩小于50 N·m時，隨著荷載逐漸增大，扣件抗滑極限承載力也相應增大，最終發生滑移破壞。當擰緊力矩大于50 N·m時，在發生滑移破壞之前，鋼管會產生較大變形，扣件甚至會發生脆性斷裂，導致承載力下降。相應于當前鋼管和扣件質量實際情況，螺栓擰緊力矩在40 N·m～50 N·m時腳手架結點極限抗滑承載力較高。

3 結語

結合現場調查和試驗分析，針對當前腳手架鋼管與扣件的實際質量現狀，得出以下結論：

1)按97%的可靠度保障率，腳手架設計中鋼管壁厚宜取為2.7 mm。

2)從重量角度看，現場使用的直角扣件、旋轉扣件和對接扣件僅10%左右達到規范要求。

3)扣件螺栓的擰緊力矩宜在40 N·m～50 N·m之間，此時腳手架結點極限抗滑承載力較高。