悬挑脚手架可调式拉杆抗拉性能试验分析

蒋利华 杨虹 陈会银 朱祥波

摘要：为探究悬挑脚手架可调拉杆抗拉性能，充分发挥拉杆第二道安全保障功能，对3.231 m长拉杆研发一套试验装置，并进行四根拉杆的拉伸试验。试件通过改变调节杆长度与内外套筒连接处焊接质量，以及在外套筒开孔等方式，测试拉力峰值、拉杆水平位移指标。试验结果表明，拉杆的总长度不变，只改变调节杆长度，对拉杆的峰值强度无明显影响；改变焊缝质量，以及在外套筒开孔，对拉杆的峰值强度影响显著。并通过0.7 m长标准拉杆进行对比试验，可见试验有效。

关键词：可调拉杆； 抗拉性能； 焊缝质量； 拉力峰值

中图分类号：TU731.2文献标志码：A

0引言

四川某在建住宅项目，由6栋27层的高层建筑组成，层高3 m，建筑高度82 m，采用钢筋混凝土剪力墙结构。施工采用可调式悬挑脚手架，结构示意见图1。悬挑型钢梁采用20a工字钢，外挑1.2 m，沿竖向间距3 m、水平间距6 m布置。型钢梁上满铺木板，外侧安装0.2 m高踢脚板和1.2 m高的水平防护栏杆与密目式安全网。通过3.231 m长的拉杆连接悬挑钢梁，拉杆由两根调节杆和一根套筒组成，调节杆包括螺杆和卡环，套筒又分为内套筒和外套筒。螺杆直径24 mm，卡环孔径25 mm，端头半径30 mm，宽60 mm。内套筒内径24 mm，壁厚9 mm；外套筒外径48 mm，壁厚3 mm。螺杆与卡环采用焊接连接，焊接长度40 mm；内套筒与螺杆采用丝扣连接，与外套筒采用焊接连接。

传统现浇悬挑结构采用钢丝绳＋悬挑型钢梁的模板方式来完成施工［1］。鉴于目前尚缺少拉杆大于3 m的整体拉伸性能研究，且普通的拉力试验机无法满足试验量程要求，为此本课题组设计了一套拉杆试验装置，探索可调式拉杆的受力性能与破坏特点，以期为工程实际应用提供参考。

1试验设计

1.1试验设备

设计的试验装置见图2，中间采用两根Q345B 20a工字钢钢横梁形成传力骨架，两端通过25 mm厚钢板将两根横梁焊接成箱体。横梁净间距为100 mm，均采用20a工字钢。左端采用30 t千斤顶对拉杆施力，右端采用直径25 mm销栓固定。调节杆一端与套筒连接，另一端与销栓连接。为监测拉杆在受力时的变形，垂直于杆轴安装6个百分表，分别位于左右调节杆及套筒两端。

1.2试件设计

选取4根拉杆，主要参数见表1。试件1与试件2焊接质量相同，但拉杆总长度不同。试件1与试件3拉杆总长度接近，但内外套筒焊接质量不同，明显试件3焊接质量优于试件1。试件1和试件4参数相近，仅在试件4的外套筒开孔。

1.3加载试验

首先施加35 kN［2］拉力进行调直，检查各试件是否正常，并量测拉杆初始长度。然后第一级与第二级加载值均为

15 kN，第三级及以后每级加载值均为10 kN，每级持荷10 min，直到拉杆破坏时终止试验。

1.4试验结果

（1）分级加载试验初期，拉杆水平位移变化不明显，当加载到75 kN时开始出现明显位移，直至构件破坏，拉力峰值及调节杆变形量见表2。

（2）试件1、试件2、试件3破坏点均在内外套筒焊缝连接处。

（3）试件4破坏点在外套筒开孔处。

1.5结果分析

（1）试件1与试件2改变拉杆总长度，拉力峰值接近，由此得出改变调节杆的长度对拉杆的承载力无明显影响。

（2）试件3拉力峰值151 kN，试件1拉力峰值80.4 kN。试件3的焊接质量好，其承受拉力峰值大，故焊缝质量是保证拉杆整体受力的关键因素［3］。

（3）试件4破坏点在外套筒开孔处，表现为应力集中引起的破坏，故套筒质量缺陷也是影响拉力峰值的原因。

（4）各试件破坏时，拉杆水平位移均未超过规范允许限值，故位移可不作为实际工程重点关注的参数。

工程结构蒋利华， 杨虹， 陈会银， 等： 悬挑脚手架可调式拉杆抗拉性能试验分析

1.6对比试验

为验证试验装置的有效性，采用0.7 m长的标准拉杆在液压伺服万能试验机上进行拉伸试验，见图3。一次性加载，直至试件破坏。试验结果表明，破坏位置仍为内外套筒焊缝连接处（图4），最大拉力峰值71.2 kN，与试件1的拉力峰值接近，证明试验有效。

2拉杆理论计算

悬挑型钢梁与剪力墙连接端视为刚接，与拉杆连接端视为铰接。受荷范围按1.2 m×6.0 m考虑，承受均布线荷载和集中荷载。验算时荷载标准值取值：恒载21 kN/m、活载12 kN/m、集中荷载2 kN，计算简图见图5。经计算，当梁端允许最大变形为6 mm［4］时（图6），此时拉杆承受的最大轴力为145 kN，与试件3的实验拉力峰值151 kN接近，表明理论计算值与实验值相吻合。

3结论

（1）结合4根拉伸试验和钢拉杆规范的基础上，提出了一套测试可调拉杆整体抗拉性能的试验装置，结果表明试验装置有效。

（2）由于破壞时的拉力值远小于钢拉杆的轴心抗拉强度承载力，变形量远小于规范允许6 mm，故实际运用中应重点关注连接部位的焊接质量有效性和可靠性，充分发挥拉杆对悬挑型钢梁的第二道防线的安全保障作用，防止类似脚手架工程倒塌事故的发生。

参考文献

［1］柳利丽.可调长度刚性拉杆在超长悬挑模板支撑架中的应用［J］.江苏建筑，2016（1）：71-72，81.

［2］中国国家标准化管理委员会.钢拉杆：GB/T 20934-2016 ［S］.北京：中国标准出版社，2016.

［3］乔桂英，刘雨萌，韩秀林，等.焊缝几何尺寸对钢管承载能力影响的模拟分析［J］.焊接学报，2017（3）：33-36.

［4］中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计标准 GB 50017-2017［S］.北京：中国建筑工业出版社，2018.

［课题项目］教育部春晖计划合作项目（项目编号：192647）

［作者简介］蒋利华（1992—），女，本科，工程师，研究方向为建筑物的检测与鉴定；杨虹（1972—），女，硕士，副教授，研究方向为混凝土结构设计和建筑物的检测与鉴定;陈会银（1982—），男，本科，高级工程师，研究方向为建筑物的检测与鉴定;朱祥波（1992—），男，专科，工程师，研究方向为建筑物的检测与鉴定。