附着升降式脚手架构件性能试验研究*

林 冰，张志超，张连魁，郝海涛，张 磊

(1.中国建筑股份有限公司技术中心，北京 101300；2.中建工程产业技术研究院有限公司，北京 101300；3.中国建筑第八工程局有限公司，上海 200120；4.北京韬盛科技发展有限公司，北京 101104)

0 引言

自附着式升降脚手架应用以来，发生了不少坍塌事故。产品质量不合格、施工管理不当、设计不当等都易造成安全事故。传统附着式升降脚手架构件设计及使用以经验为主，缺少试验研究作为基础。本文对附着式升降脚手架防护网片进行耐冲击试验，对走道板进行静载试验，对附墙支座进行防倾、防坠、顶撑试验，研究关键构件的连接性能、极限承载力和正常使用荷载，为附着式升降脚手架的应用提供试验基础，规范其应用。

1 防护网片耐冲击试验

1.1 试验方案

考虑附着式升降脚手架常用防护网尺寸、加载重物及高度的选取，确定试件规格为1 200mm×1 970mm，如图1所示。按常规连接，网片四边与龙骨连接，采用自攻钉固定，龙骨尺寸为20mm×20mm×1.5mm，防护网采用固定卡与试验工装连接，其试验边界与网片实际受力状态相符。采用50kg圆柱沙袋进行加载，底面直径为550mm，加载重物距试件垂直高度H取2 000mm， 如图2所示。

图1 耐冲击试验试件

图2 耐冲击试验加载示意

网片开孔形状分为圆形、四边形、六边形3种，根据开孔率设计钢制网片，每种网片厚0.5，0.7mm，共22个试件，如表1所示。表1中CJ表示冲击试验，Y，F，LB分别表示开孔形状为圆形、方形和六边形，YS表示原始开孔对照试件，CP表示成品。

表1 网片冲击试验试件统计

1.2 试验结果及分析

由于试件纵向边框较长，试验后部分会变形，而横向边框变形较小可忽略。纵向变形包括网片和边框总的变形，横向变形为网片本身的变形。试验结果如表2所示(表中未列出无效试验构件的结果)。

由表2可知，同种开孔形状、不同厚度试件，厚度越大，变形越小，且破坏试件中0.5mm厚试件较多。网片冲击试验结果如图3所示，由图3a～3c可知，开孔率越大，试件变形越大。

表2 网片冲击试验结果统计

由如图3d可知，开孔率相同情况下，开孔形状不同，试件抵抗变形的能力不同，六边形开孔试件变形最小，方孔试件次之，圆孔试件变形最大。

图3 网片冲击试验结果

试件CJ-LB-55-7，CJ-Y-43-7，CJ-F-44-7变形基本相等，即相同厚度情况下，开孔率为55%的六边形开孔网片与开孔率为43%的圆形开孔网片、开孔率为44%的方形开孔网片性能相当。

2 走道板静载试验

2.1 试验方案

试验分为底脚板和通用走道板，如图4所示。

图4 走道板示意

边框采用∟63×40×4，∟50×32×4，次龙骨采用∟30×30×3，面板厚1.5mm。根据走道板实际使用情况，取柱间净跨为2 000mm的走道板作为试验对象，即1块标准走道板(长2 000mm)与非标走道板(长200mm)通过5个M16螺栓连接。共进行12次试验，试件汇总如表3所示。

采用量程为50t的作动器进行单向加载，两端采用单向铰实现铰接边界条件；采用分配梁进行加载，在走道板5等分位置焊接角钢作为加载点，等效均布加载，加载装置如图5所示。

试件名称边框角钢/mm试件数量DJB-2000-50∟50×32×43DJB-2000-63∟63×40×43TB-2000-50∟50×32×43TB-2000-63∟63×40×43

图5 试验加载装置

2.2 试验结果及分析

加载初期，走道板跨中缓慢出现下挠，标准走道板与拼接走道板连接位置紧密贴合，立杆下接头与走道板连接良好，无明显变形；随着荷载继续增加，走道板跨中逐渐出现明显下挠，拼接走道板边缘发生明显屈曲变形，走道板拼接位置出现拉开裂缝，且裂缝逐渐增大；加载到极限荷载时，边框角钢跨中撕裂，且发生畸变屈曲。

底脚板试验较稳定，2组试验加载过程中荷载-位移曲线较接近，极限荷载也接近，如图6所示。∟50×32×4底脚板3次试验极限荷载分别为20.2，19.3，18.2kN，平均值为19.2kN，即14.55kN/m2；∟63×40×4底脚板3次试验极限荷载分别为32.7，31.7，32.5kN，平均值为32.3kN，即24.47kN/m2。底脚板边框从∟50×32×4变为∟63×40×4，承载力提高68.2%。

图6 底脚板荷载-位移曲线

通用走道板试验极限承载力较离散，2组试验均有1个构件承载力远大于其他2个构件，视为离散构件。去掉该离散构件后，荷载-位移曲线如图7所示，∟50×32×4通用走道板2次试验极限荷载分别为13.1，12.3kN，平均值为12.7kN，即9.62kN/m2；∟63×40×4通用走道板2次试验极限荷载分别为13.1，15.7kN，平均值为14.4kN，即10.9kN/m2。通用走道板边框从∟50×32×4变为∟63×40×4，承载力提高13.3%。

图7 通用走道板荷载-位移曲线

∟50×32×4底脚板承载力比通用走道板高51.2%；∟63×40×4底脚板承载力比通用走道板高124.4%。这主要是由于通用走道板受力过程中两端可绕支座螺栓旋转，约束类似铰接；而底脚板两端约束较强，受力过程中两端支座底部类似刚接。建议在通用走道板上表面支座立柱位置焊接1对三角肋板，类似底脚板支座做法，可显著提高通用走道板的承载力。

根据JGJ 202—2010《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》，平台板容许挠度为L/150=13.3mm。容许挠度下走道板最大承载力如表4所示。底脚板边框采用∟50×32×4能满足使用要求，建议通用走道板边框采用∟63×40×4。

表4 容许挠度下走道板最大承载力

3 附墙支座防倾、防坠和顶撑试验

3.1 试验方案

附墙支座试验如图8所示，上支座为测试支座，下支座为辅助支座，用于固定导轨，导轨长2 500mm。 防倾支座测试时，上支座仅包含防倾装置，下支座安装顶撑，用于固定导轨；防坠支座测试时，上支座安装防坠摆块，下支座仅包含防倾装置；顶撑支座测试时，上支座安装顶撑，下支座仅包含防倾装置。防倾、防坠和顶撑各做2次试验。附墙支座如图9所示。

图8 附墙支座试验示意

图9 附墙支座

加载装置如图10所示，采用量程为50t的作动器进行单向分级加载，每级加载10kN，接近极限荷载70%后，改为按每级5kN加载，直至试件破坏。

图10 附墙支座试验加载示意

3.2 试验结果及分析

防倾试验加载初始阶段，试件整体形态良好，支座、导轨及连接位置无明显初始缺陷。随着荷载增加，导轨发生明显弯曲，达到极限荷载时，导轨三角撑断裂。

防坠支座和顶撑支座试验加载初始阶段，试件整体形态良好，支座、导轨及连接位置无明显初始缺陷。随着荷载增加，导轨沿水平方向略有位移，加载至约100kN时，防坠支座防坠挡块突然断裂，顶撑支座顶撑螺栓发生较大弯曲变形。

防倾、防坠、顶撑试验中支座极限荷载平均值分别为49，100，100kN，荷载-位移曲线如图11所示。考虑2倍荷载冲击系数，在实际使用过程中单个防倾支座承受的倾覆荷载应控制在22kN以内，单个防坠和顶撑支座承受的竖向荷载应控制在50kN以内。

图11 附墙支座防倾、防坠和顶撑试验荷载-位移曲线

4 结语

1)防护网片试件中破坏的基本为0.5mm厚试件，建议采用0.7mm厚网片；开孔率越大，变形越大，开孔率相同的情况下，六边形开孔试件变形最小，方孔试件次之，圆孔试件变形最大，建议网片开孔形状采用六边形。

2)边框为∟50×32×4变为∟63×40×4的底脚板极限均布荷载平均值分别为14.55，24.47kN/m2，底脚板边框从∟50×32×4变为∟63×40×4，承载力提高68.2%；边框为50号和63号不等边角钢的通用走道板板极限均布荷载平均值分别为9.62，10.9kN/m2，通用走道板边框从∟50×32×4变为∟63×40×4，承载力提高13.3%。

3)容许挠度下，边框为∟50×32×4，∟63×40×4的底脚板最大承载力平均值分别为8.1，10.6kN，边框为∟50×32×4，∟63×40×4的通用走道板最大承载力平均值分别为5.2，7.5kN。底脚板边框采用∟50×32×4能满足使用要求，建议通用走道板边框采用∟63×40×4。

4)根据JGJ 202—2010《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》规定，支座考虑2倍荷载冲击系数，在实际使用过程中单个防倾支座承受的倾覆荷载应控制在22kN以内，单个防坠和顶撑支座承受的竖向荷载应控制在50kN以内。