基于EN標(biāo)準(zhǔn)鋼管腳手架扣件設(shè)計(jì)及力學(xué)性能分析

1、一、綜述 建筑業(yè)和大型裝備制造業(yè)是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，其高速發(fā)展為扣件行業(yè)的發(fā)展提供了大有作為的廣闊空間，有市場需求是扣件行業(yè)發(fā)展難得的機(jī)遇，但是由于價(jià)格競爭、利益驅(qū)動等等原因，國內(nèi)扣件的生產(chǎn)使用非?；靵y，由于扣件質(zhì)量原因而引起的傷亡事故時(shí)有發(fā)生。圖一 扣件在大型裝備制造業(yè)應(yīng)用 在建的054B護(hù)衛(wèi)艦 近年重大安全事故案例 1. 2002年10月25日南京電視臺演播中心施工過程中, 發(fā)生一起模板支撐系統(tǒng)整體坍塌事故, 造成6人死亡, 11人重傷, 24人輕傷。 2. 2003年2月18日, 在某研究發(fā)展中心工程施工中當(dāng)澆筑門廳( 結(jié)構(gòu)高度為28.1m, 凈跨24m)混凝土?xí)r, 晚上20: 0

2、0左右發(fā)生支模架坍塌, 造成13人死亡, 17人受傷的重大傷亡事故。 3. 2004年2月26日, 河南省某工地在澆筑跨度15m、寬8m、高15m的辦公樓大門檐頂混凝土?xí)r,模板支撐系統(tǒng)發(fā)生坍塌, 造成5人死亡、9人受傷。 4. 2005年4月17日下午, 上海松江區(qū)某在建廠房腳手架及房頂發(fā)生坍塌, 25人被埋, 造成重大傷亡 5. 2005年9月北京西單西西工程四號地綜合樓項(xiàng)目，澆筑20多米高樓板時(shí)，支撐架失穩(wěn)，坍塌面積400m，造成8人死亡，16人重傷 6. 2005年10月21日下午5時(shí)50分，位于西安南郊天壇路的一處城市集中供暖工地發(fā)生腳手架坍塌事故，周長80米、高20米的四方型腳手架轟

3、然倒塌 ，造成4死16傷。今年重大安全事故案例 1. 2008年1月6日上午10時(shí)左右，廣州南海大瀝河西村一座七層在建樓房陽臺的護(hù)墻突然坍塌 ，造成1死1傷 2. 2008年5月9日15時(shí)左右，牡丹江市太平路原時(shí)代廣場門前工地的腳手架頂部突然墜落，6名行人被砸，其中3人搶救無效死亡 3. 2008年日時(shí)分許，上海新國際博覽中心館的杭州某公司展臺附近約米高的腳手架突然倒塌，致使名正在撤展的工人高空墜亡，另有名工人受傷 4. 2008年11月29日上午9時(shí)40分許，武昌市洪山卓刀泉北路上，一酒店外的腳手架整體倒塌，拉倒6根電線桿，致附近3000多家用戶停電，一輛過路轎車被砸壞 5. 2008年12

4、月21日上午，上海市奉賢區(qū)金匯鎮(zhèn)一處正在進(jìn)行改擴(kuò)建施工的廠房頂層結(jié)構(gòu)腳手架突然倒塌，3名工人傷重不治身亡，9名施工人員不同程度受傷 6. 2009年1月3日10時(shí)40分許，深圳市南山區(qū)蛇口公園路一在建工地的腳手架發(fā)生坍塌，5名工人被埋，共造成6人受傷，其中4人傷勢較重。 倒塌事故原因分析 1. 鋼管壁厚變薄 在市場上采購鋼管, 名義上是483.5鋼管,實(shí)際測量時(shí), 不少鋼管壁厚實(shí)為2.83.0mm, 其軸向抗壓能力降低18.7%13.3%。鋼管使用多年, 局部壁厚也變薄。 2. 扣件合格率低 建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范( JGJ 1302001) 表5.1.7規(guī)定對接扣件抗滑承載力為

5、3.2kN, 直角與回轉(zhuǎn)扣件抗滑承載力為8kN, 從現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn), 很難達(dá)到此規(guī)定。某工地發(fā)生重大事故后, 對扣件進(jìn)行檢查,其合格率為0扣件力學(xué)性能試驗(yàn)： 根據(jù)GB158312006，設(shè)計(jì)抗破壞實(shí)驗(yàn)和抗滑移試驗(yàn)方案，在市場上購買了三種常見的扣件，并對其進(jìn)行試驗(yàn)抗滑性能試驗(yàn)： 當(dāng)施于橫管上豎向等速增加的載荷P達(dá)到規(guī)定值時(shí)，測量位移值1和2圖1 抗滑性能試驗(yàn)Fig. 1 Anti2sliding test1. 橫管2. 豎管3. 扣件抗破壞性能試驗(yàn)： 抗滑性能試驗(yàn)后，未損壞的扣件可用作抗破壞性能試驗(yàn)，當(dāng)P為25.0KN時(shí)，扣件各部位不得破壞。圖2 抗破壞性能試驗(yàn)Fig. 2 Anti2destru

6、ctive test1. 橫管2. 豎管3. 支承墊4. 扣件采用試驗(yàn)儀器：電子試驗(yàn)拉力機(jī) （中國科學(xué)院試驗(yàn)儀器研究所生產(chǎn)）圖1 扣件實(shí)驗(yàn)設(shè)備（抗破壞實(shí)驗(yàn)）試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù) ：圖一 扣件A 抗破壞實(shí)驗(yàn)曲線發(fā)現(xiàn)該扣件抗拉能力達(dá)到45KN,國家標(biāo)準(zhǔn)是不小于25KN，達(dá)標(biāo)。 圖二 扣件B 抗破壞實(shí)驗(yàn)曲線發(fā)現(xiàn)，曲線在AB段，斜率很小，說明在較小的載荷下已經(jīng)發(fā)生大的位移，這是典型的接觸不良現(xiàn)象；BC段斜率較大，受力后變形正常；CD段是垂直下降，表示發(fā)生破壞，扣件失效；DE段斜率較高，表示受力后正常變形；E點(diǎn)以后，曲線下降很快，扣件完全失效。圖三 扣件C 抗破壞實(shí)驗(yàn)曲線OA段，扣件正常變形；AB段，發(fā)生滑移，

7、表示接觸不好；BC段扣件正常變形；C點(diǎn)后扣件不能承受載荷，完全失效。 試驗(yàn)結(jié)論 ：通過大量實(shí)驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的鑄造扣件產(chǎn)品不合格?？奂诎惭b時(shí)，由于鑄造精度差不可避免地存在接觸不良問題。盡管扣件本身的強(qiáng)度不太差，但是接觸不良會造成一定量的滑移，若將此類扣件用于復(fù)雜鋼管支撐架，會引起很大的危險(xiǎn)。在某些條件下，要求扣件組合的鋼管支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較高，這種大的變形使得穩(wěn)定性完全喪失。歷年來，涉及到扣件的事故多次表明，由于鑄造扣件的精度較差，在大的載荷下，造成鋼架整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，坍塌。新型扣件3D結(jié)構(gòu)圖將pro/E文件導(dǎo)入ANSYS課題的主要目的 設(shè)計(jì)出符合EN74標(biāo)準(zhǔn)的新型扣件并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

8、傳統(tǒng)扣件采用鑄造工藝其結(jié)構(gòu)精度差，滑移量大，并且采用螺栓螺母上緊結(jié)構(gòu)施工操作效率低，螺紋長期暴露在外容易受現(xiàn)場施工物附著導(dǎo)致無法拆卸，施工中螺母與扳手容易掉落，因此有待進(jìn)一步的改進(jìn)。根據(jù)某課題要求，參照EN74標(biāo)準(zhǔn)，本論文研究設(shè)計(jì)一種通用性好、安裝簡便、一體性好，并便于大量生產(chǎn)的扣件。 課題的主要內(nèi)容： a、設(shè)計(jì)符合EN74標(biāo)準(zhǔn)的新型扣件。 b、利用ANASYS軟件對新型扣件的進(jìn)行建模和受力分析。 c、對扣件的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。 d、依據(jù)EN74標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并對扣件進(jìn)行實(shí)際測試。 e、設(shè)計(jì)出能適宜大批量生產(chǎn)時(shí)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)工具。 f、將軟件模擬分析結(jié)果與實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行對比分析，對扣件的設(shè)計(jì)

9、方案進(jìn)一步優(yōu)化。預(yù)期效果 a、設(shè)計(jì)出扣件的三維模型。 b、依據(jù)EN74標(biāo)準(zhǔn)，利用ANSYS軟件對設(shè)計(jì)出的扣件模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)分析，并對扣件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 c、根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙與制造工藝，制造出樣件，并依據(jù)EN74標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出實(shí)際的實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)際測試。對比軟件模擬分析結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整軟件模擬研究時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)。 d、完成扣件的優(yōu)化與設(shè)計(jì)。論文中新見解 a、依據(jù)EN74標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出一種結(jié)構(gòu)可靠、操作簡單新型扣件。 b、設(shè)計(jì)出能滿足批量生產(chǎn)的扣件檢驗(yàn)裝置。 c、所設(shè)計(jì)的扣件一體性好，不會掉落零件。 d、用榔頭敲擊鎖緊，回避螺紋連接，提高工作效率。課題的主要難點(diǎn)及解決辦法：扣件靜態(tài)破壞實(shí)驗(yàn)、滑移實(shí)

10、驗(yàn)的模擬受力分析 解決方案：模擬實(shí)驗(yàn)中各參數(shù)的合理調(diào)整 解決方案： 采用正交實(shí)驗(yàn)法抗破壞試驗(yàn)為非線性大變形，斷裂試驗(yàn)中裂紋區(qū)域的斷裂參數(shù)的確定抗滑移試驗(yàn)為瞬態(tài)動力學(xué)分析，抗滑移試驗(yàn)的滑 動摩擦參數(shù)的確定結(jié)束謝謝各位老師！圖一 扣件在大型裝備制造業(yè)應(yīng)用 在建的054B護(hù)衛(wèi)艦 近年重大安全事故案例 1. 2002年10月25日南京電視臺演播中心施工過程中, 發(fā)生一起模板支撐系統(tǒng)整體坍塌事故, 造成6人死亡, 11人重傷, 24人輕傷。 2. 2003年2月18日, 在某研究發(fā)展中心工程施工中當(dāng)澆筑門廳( 結(jié)構(gòu)高度為28.1m, 凈跨24m)混凝土?xí)r, 晚上20: 00左右發(fā)生支模架坍塌, 造成13人死亡, 17人受傷的重大傷亡事故。 3. 2004年2月26日, 河南省某工地在澆筑跨度15m、寬8m、高15m的辦公樓大門檐頂混凝土?xí)r,模板支撐系統(tǒng)發(fā)生坍塌, 造成5人死亡、9人受傷。今年重大安全事故案例 1. 2008年1月6日上午10時(shí)左右，廣州南海大瀝河西村一座七層在建樓房陽臺的護(hù)墻突然坍塌 ，造成1死1傷 2. 2008年5月9日15時(shí)左右，牡丹江市太平路原時(shí)代廣場門前工地的腳手架頂部突然墜落，6名行人被砸，其中3人搶救無效死亡 3. 2008年日時(shí)分許，上海新國際博覽中心館的杭州某公司展臺附近約米高的腳手架突然倒塌，致使