附著式升降腳手架附墻支座防傾力學(xué)性能試驗(yàn)研究

張 淼，溫雪兵,2，韋 東,2，崔海波，羅 馬,2

（1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司 建筑機(jī)械化研究分院，河北 廊坊 065000；2.國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京 100000）

附著式升降腳手架作為高層施工外立面施工裝備，其抗風(fēng)性能一方面取決于架體主框架和導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，另一方面取決于支座的防傾性能。本文就槽鋼型導(dǎo)軌的附著式升降腳手架的附墻支座的防傾性能行了研究，并通過試驗(yàn)總結(jié)分析影響支座防傾性能的幾點(diǎn)因素。

1 附墻支座的防傾結(jié)構(gòu)形式

目前行業(yè)內(nèi)的附墻支座的防傾結(jié)構(gòu)常見為兩種形式：單導(dǎo)輪和雙導(dǎo)輪，如圖1 所示。

圖1 槽鋼導(dǎo)軌附墻支座導(dǎo)輪形式

對比兩種導(dǎo)輪形式：雙導(dǎo)輪對于導(dǎo)軌槽鋼有2 個約束點(diǎn)，導(dǎo)向性要優(yōu)于單導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)，而單輪輪優(yōu)于其約束點(diǎn)少，與導(dǎo)軌之間的摩擦力較小；對于導(dǎo)軌槽鋼翼緣，由于雙導(dǎo)輪接觸點(diǎn)比單導(dǎo)輪多，在使用過程中雙導(dǎo)輪能更好地保護(hù)導(dǎo)軌翼緣不變形。從安全性考慮，雙導(dǎo)輪優(yōu)于單導(dǎo)輪。

2 力學(xué)性能分析及試驗(yàn)方案制定

附墻支座在使用過程中，除了承受來自架體的豎向作用力，還承受水平方的作用力。附著式升降腳手架在使用過程中一般有3 個附墻支座，由上而下依次為A、B、C 3 個支座，其受力情況可簡化如圖2 所示。

A、B、C 3 個附墻支座均承受架體自重及荷載帶來的豎向力FA2、FB2、FC2，以及架體偏心設(shè)計(jì)帶來的水平力FA1、FB1、FC1，由于架體搭設(shè)在高空，風(fēng)載比較大，風(fēng)載引起的水平作用力F直接作用于A 支座，并使得B、C 支座承受與架體偏心水平力FB1、FC1反方向的壓力，可見，架體中A、B、C 3個支座用頂部A 支座收到的水平作用力最大，是考驗(yàn)附墻支座防傾性能的關(guān)鍵位置。

圖2 架體附墻支座受力簡圖

附墻支座防傾性能除了一部分架體的偏心水平力外，最主要是架體懸臂部分的風(fēng)載。為了更好地驗(yàn)證附墻支座的防傾性能，利用杠桿原理，將A 支座承受的均布風(fēng)載力簡化為一種彎矩進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，其試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃喕鐖D3 所示。

圖3 附墻支座防傾性能試驗(yàn)方案圖

將附墻支座模擬現(xiàn)場使用，安裝在固定的有足夠強(qiáng)度的鋼立柱上，試驗(yàn)中通過加力點(diǎn)對導(dǎo)軌施加水平力，通過導(dǎo)軌傳遞到支座的導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)，通過杠桿原理不難分析出，其導(dǎo)輪所受的向外的水平力為加力點(diǎn)施加力的2 倍，由此可模擬出附墻支座的防傾受力特點(diǎn)，從而驗(yàn)證其防傾性能。

3 附墻支座防傾性能試驗(yàn)研究

依據(jù)上述分析制定的試驗(yàn)方法，筆者選取了10 家國內(nèi)主流附著式升降腳手架企業(yè)的產(chǎn)品，進(jìn)行了防傾性能試驗(yàn)，其中有5 家附墻支座為單導(dǎo)輪設(shè)計(jì)，5 家附墻支座為雙導(dǎo)輪設(shè)計(jì)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

試驗(yàn)中未考慮型材厚度、安裝尺寸等細(xì)節(jié)問題，只針對導(dǎo)輪形式和槽鋼型號兩項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)對比。通過以上數(shù)據(jù)，得出影響防傾性能主要因素。

1）導(dǎo)輪形式 雙導(dǎo)輪形式的附墻支座防傾試驗(yàn)數(shù)據(jù)最大為102kN，最小值為67kN，單導(dǎo)輪形式附墻支座防傾試驗(yàn)數(shù)據(jù)最大值為75kN，最小值為52kN，雙導(dǎo)輪形式附墻支座防傾性能優(yōu)于單導(dǎo)輪。

2）導(dǎo)軌型材 由導(dǎo)軌試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，8#槽鋼數(shù)據(jù)要好于6.3#槽鋼，因此導(dǎo)軌槽鋼型號對附墻支座防傾性能影響也比較大。

3）導(dǎo)輪及其安裝結(jié)構(gòu)但非決定因素 試驗(yàn)中分析支座失效形式后發(fā)現(xiàn)，大部分單導(dǎo)輪支座防傾試驗(yàn)中都存在著導(dǎo)軌槽鋼翼緣變形失效的破壞形式，因此附墻支座防傾性能的決定因素不是導(dǎo)軌，而是導(dǎo)輪及其安裝結(jié)構(gòu)。

表1 附墻支座防傾性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)及失效形式

4 影響附墻支座防傾性能的其他因素

影響附墻支座防傾性能除導(dǎo)輪形式和槽鋼型材外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

1）導(dǎo)輪設(shè)計(jì)錐度和直徑 查閱手冊，槽鋼翼緣存在一定斜度，附墻支座的導(dǎo)向輪是配合導(dǎo)軌槽鋼使用的，將導(dǎo)向輪安裝槽鋼型材的斜度設(shè)計(jì)一定的錐度，可以有效避免導(dǎo)輪與槽鋼翼緣的點(diǎn)現(xiàn)象，盡量保證其線接觸，從而可以有效增強(qiáng)防傾性能；導(dǎo)輪直徑在設(shè)計(jì)時要根據(jù)槽鋼的型號確定，直徑過小會使得槽鋼翼緣更容易變形，降低整體的防傾性能，一般標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)輪與槽鋼的設(shè)計(jì)間隙不能大于5mm。

2）加強(qiáng)導(dǎo)輪安裝結(jié)構(gòu) 導(dǎo)輪安裝結(jié)構(gòu)一般采用板材或角鋼型材，其自省抗彎性能差，設(shè)計(jì)時，適當(dāng)增加加強(qiáng)筋板結(jié)構(gòu)防止變形。

3）適當(dāng)增加雙導(dǎo)輪的間距 采用極限法考慮，如果2 個導(dǎo)輪無限接近，那么其作用就等同于一個導(dǎo)輪，所以適當(dāng)?shù)脑黾訉?dǎo)輪間距來增強(qiáng)附墻支座防傾性能。但不易過大，一般在150～250mm，過大會導(dǎo)致架體摩擦阻力增大。

4）適當(dāng)控制導(dǎo)輪與槽鋼配合的橫向間隙 導(dǎo)輪與槽鋼的橫向間隙直接影響兩者有效接觸尺寸，設(shè)計(jì)時為了方便解決支座預(yù)埋偏差問題，會適當(dāng)?shù)姆糯髮?dǎo)輪與槽鋼的橫向間隙，但間隙過大會嚴(yán)重影響支座抗傾覆性能，一般建議不大于10mm。