鋁合金材料在防護平臺中的應用研究

康志飛

摘 要：隨著我國社會經濟快速發展，目前我國大中型城市高層和超高層建筑數量逐漸增多，傳統施工技術與設備已經無法滿足施工要求，附著式升降作業安全防護平臺應運而生，全鋼防護平臺受外界環境因素的影響，易生銹腐蝕，直接影響到架體安全。而鋁合金作為一種新興的優質材料，具有重量輕、耐腐蝕、易加工、強度高等優點，同時具有周轉快、承載性能優、安拆便捷、安全性高的綜合優勢，其在鋁合金防護平臺上的應用非常值得研究。

關鍵詞：鋁合金;附著式升降作業安全防護平臺;鋁合金防護平臺

引言

防護平臺作為工程施工過程中一項的施工工具，近年來隨著建筑業發展，防護平臺的種類及形式越來越成熟，其中以全鋼腳手架一類的運用最為廣泛，發展最為迅速。全鋼腳手架的主體結構材料為普通鋼材，由于現場作業環境影響，鋼材存在生銹腐蝕老化等現象，整體回收價值低，也不符合國家建筑工程綠色、可持續發展政策。鋁合金作為一種新興的優質材料，在高層建筑結構施工中，得到了廣泛的關注和大量的使用，如鋁合金模板工程。隨著建筑結構工程要求的提高、新型材料的研究和整體技術的進步，安全防護平臺將朝著輕量化、安全化、綠色經濟化的方向發展，鋁合金在安全防護平臺中的應用將越來約廣泛。本文在全鋼附著式升降作業安全防護平臺的使用基礎上，對鋁合金材料及構件在防護平臺的使用進行研究。

1? 鋁合金材料的優缺點

1.1 鋁合金的優點

1.1.1 自重輕：鋁合金的密度為2.7g/cm3，鋼材的密度為7.8g/cm3，鋁合金的密度與鋼比較只占其1/3左右。

1.1.2 力學性能好：在鋁中添加一些合金元素后，鋁合金具有非常良好的力學性能，同鋼材相比較它具有更低的密度，可以得到更好的塑造性與力學性能。

1.1.3 耐腐蝕性強：鋁合金長時間暴露在大氣中能夠及時的在表面形成一種自我保護的氧化膜，該氧化膜則對鋁合金的表面起到了非常良好的固定和保護作用，避免其在進一步氧化的同時，增強其耐腐蝕性能。

1.1.4 易加工：添加一定的合金元素后，可獲得良好鑄造性能的鑄造鋁合金或加工塑性好的變形鋁合金。

1.1.5 可循環利用：鋁合金材料具有易回收、二次翻新處理成本低、重復利用率高，剩余殘值價值高、利于環境保護。

1.2 鋁合金的缺點

1.2.1 焊接性能差：鋁合金材料在焊接后，在熱影響區域內材料強度有較大的折減，因此焊接性能相對較差。

1.2.2 穩定性較差：由于鋁合金相對鋼材的壓桿穩定性較差，鋁合金材料不適于應用于受壓桿件和剛性連接構件。

1.2.3 撓度變形大：鋁合金材質輕、延展性好，鋁合金的彈性模量約為鋼材的三分之一，因此在和鋼材承受相同荷載的情況下，鋁合金結構的變形大。

2? 鋁合金材料在防護平臺中的應用分析

鋁合金易擠壓成型是其在加工方面優于鋼材最主要的優點。一次擠壓成型可以產出熱軋和焊接所不能獲得的復雜截面特性的型材，可以使得構件截面的結構和特性更加合理。根據鋁合金的特點，鋁合金材料適用于防護平臺的立桿、腳手板、導軌、框式鋼網片防護網、附墻支座等構件。

2.1 立桿

根據不同廠家的設計結構及需求可以擠壓成不同截面，例如：40*80mm、30*60mm等方管截面，如圖1，立桿帶網片連接板、立桿帶水平桁架連接板等帶使用功能的截面，然后進行孔徑成型。立桿采用鋁合金材料規格為6061-T6，其具有中等強度、可焊接性、抗腐蝕性、氧化效果較好等物理特性，在架體立桿處使用可滿足性能需要和現場施工要求。其力學性能數據與Q235對比如下表1：

通過模擬分析，對架體立桿的受力情況進行數學建模和受力分析，分析結果如圖2：

由結果可知，立桿施工情況下最大應力為57.5Mpa<265Mpa（材料許用應力），所以鋁合金材質的立桿可以滿足現場施工的強度要求。

2.2腳手板

腳手板根據設計要求直接擠壓成成品截面，型材按尺寸要求進行切割，側肋沖孔，端板焊接后即可成型。腳手板與立桿使用材質相同，同樣為6061-T6，如圖3、圖4為鋁合金腳手板效果圖。

按照防護平臺行業標準腳手板荷載要求，對鋁合金材質腳手板進行受理分析，分析結果如圖6：

根據桁架結構（GB 50017-2003）要求允許撓度λ=L/400，由結果可知腳手板實際變形量為2.9mm遠未超出規范允許值，分析結果滿足受力要求。

2.3導軌

導軌是將架體的載荷傳遞給結構主體的主要受力構件。對導軌的工作原理和安裝方法進行了全面的分析和總結，經過多次優化設計，擺脫了鋼導軌的傳統設計思想和制造方法，研制出新型鋁合金導軌，如圖7為鋁合金導軌效果圖，通過整體擠壓成型，經沖孔、鋸切即可投入使用。導軌材料同樣建議使用6061-T6。

通過模擬導軌的受力情況進行數學建模進行受力分析，分析結果如圖8：

由結果可知，導軌施工情況下最大應力為142.6Mpa<265Mpa（材料許用應力），所以鋁合金材質的導軌可以滿足現場施工的強度要求。

2.4附墻支座

附墻支座主體結構為鋁合金。在鋁合金附墻支座的結構設計中，在滿足結構應力計算要求的前提下，通過優化結構截面，增加兩個豎向鋼筋空腔，提高豎向鋼筋的抗彎強度，減輕整體重量。墻架主體結構件擠壓后，可按標準長度切割，用自動設備沖孔鉆孔，然后進行裝配。鋁合金材質附墻支座相比碳鋼材質附墻支座中糧減輕30%-50%，且安裝拆卸強度均能符合要求。附墻支座建議采用6005A-T6，其力學性能為：屈服強度為240Mpa，抗拉強度為260Mpa。

3? 鋁合金防護平臺的優勢

根據防護平臺的功能使用要求以及國家政策要求，鋁合金材料在防護平臺上的應用具有以下優勢：

3.1 由于鋁合金材料的良好抗腐蝕性能，可減少防腐延長使用周期降低維護費用，減少成本;

3.2 易回收，殘值高，循環利用率高，有力與環保;

3.3 鋁合金材料的重量僅為鋼材的1/3，組裝過程中能大幅降低了工人勞動強度，提高施工效率。組裝后整體重量輕，能有效降低能耗，降低使用成本;

3.4 輕便，利于運輸、安拆、維修，二次使用不需重復噴涂的一種理想綠色環保建材，可以很好的符合建筑業可持續發展的要求;

3.5 鋁合金初始成本較鋼材明顯高，以普通鋼管和鋁合金管比較，鋁合金的價格是普通鋼材的3倍左右。但考慮到周轉使用次數增多、勞動強度降低、施工效率提升、回收殘值高等原因，具有綜合優勢。

4? 結論

本文結合鋁合金材料的特點對其應用于防護平臺的情況進行了綜合分析，對比了鋁合金材料用于防護平臺相對于傳統鋼材腳手架的優點。通過受力模擬分析了鋁合金在架體立桿、腳手板、導軌和附墻支座構件的使用可能性，并同鋼構件對比了數據分析，結果驗證了鋁合金在防護平臺上使用的整體優勢。

隨著建筑領域綜合要求的提升，技術的不斷發展，行業對結構材料的使用要求也逐步提高。在安全作業的基礎上，以提高和優化鋁合金結構材料的使用性能為目標，同時兼顧施工便捷、材料加工和周轉的綜合成本控制，鋁合金結構材料在附著式升降防護平臺的應用將會是一個大趨勢。

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