关键词：盘扣式脚手架节点；转动刚度；节点改进
脚手架节点是脚手架承受载荷时的基本受力体，其稳固性对于脚手架系统的局部和整体稳定影响极大。在施工过程中，脚手架受力十分复杂，使得脚手架节点在各种复杂的载荷作用下插销容易发生松动，造成脚手架体系局部失稳，进而可能危及整体稳定性。
一、承插型盘扣式外脚手架简述
随着我国大量现代化大型建筑体系的出现，扣件式钢管脚手架已不能适应建筑施工发展的需要，因此，大力开发和推广应用新型脚手架是当务之急。目前，周材租赁分公司存在大量的自有钢管，为将这些扣件式钢管充分利用，实现支撑体系的逐步转型，我公司进行了承插型盘扣式支架改造，其主要由以下7个部件组成：连接盘、立杆、套管、水平杆、斜杆、扣接头、插销片。
1.连接盘。市场上的连接盘主要有十字盘和圆盘，考虑到外脚手架和模板支撑体系不单独分开改造，且为了便于脚手架斜杆的布置，我们采用八孔圆盘，外径120 mm，厚度8 mm，材质Q235，盘间距500 mm（图1）。
2.立杆。立杆是利用现有钢管进行改造，改造前应调直、除锈，端头压扁的部位切除。钢管的规格采用φ48.3 mm，壁厚3.0 mm以上，目前市场上盘扣的间距常见的有500、600 mm这2种，长度基本在3 m以内，为方便搭设，并结合设计上的主要楼层高度和立杆的排布情况，我们更倾向于0.5 m盘扣间距的立杆，其加工的长度主要为3.0、2.5、1.5、1.0 m这4种。
3.套管。原材采用新购20#无缝钢管，φ58 mm，壁厚3.0 mm以上，长度为16 cm，作为套接头，其中焊接长度为5 cm，插入长度为11 cm。
4.水平杆。水平杆采用原有钢管φ48.3 mm，材质Q235，壁厚2.5 mm，其长度按照搭设尺寸主要有0.9、1.2、1.5 m这3种。
5.斜杆。斜杆采用φ48.3 mm，材质Q235，壁厚2.5 mm，根据900 mm和1 500 mm外脚手架立杆间距，分别配置长度2 173 mm和2 402 mm这2种斜杆。
6.扣接头。扣接头采用ZG-230，分为水平杆扣接头和斜杆扣接头这2种，采购成品铸钢接头，自行焊接完成，加工数量分别为相应水平杆及斜杆数量的2倍。
7.插销片。插销片采用Q235B，采用带弧形插销形式，数量与扣接头相同。
二、承插型盘扣式模板脚手架的优点
1.技术先进。盘扣式的连接方式是国际主流的脚手架连接方式，合理的节点设计能都达到各杆件传力均通过节点中心，连接牢固、结构稳定、安全可靠。
2.原材料升级。经市场调查，目前市场正规厂家生产的盘扣式脚手架主材全部采用低合金结构钢(国标Q345B)，强度高于传统脚手架的普碳钢管(国标Q235)。
3.热镀锌工艺，使用周期长。主要部件均采用内、外热镀锌防腐工艺，不易生锈，保养费用低，提高了产品的使用寿命，又为安全提供了进一步的保证，同时又美观。
4.可靠的品质。经实地调查考证，该类产品从下料开始，整个产品加工要经过20道工序，每道工序均采用专机进行，减少人为因素的干预，特别是横杆、立杆的制作，采用自主开发的全自动焊接专机，作到了产品精度高、互换性强、质量稳定可靠。
5.承载力大。经调查，以市场上60系列重型支撑架为例，高度为5米的单支立杆的允许承载力为9.5吨。破坏载荷达到19吨，是传统产品的2－3倍。
6.安全性好。承插型盘扣式模板工程脚手架采用自锁式连接盘和销子，销子插接后靠自重即可锁紧，且它的横向和竖向斜杆使每个单元都是固定的三角形格构式结构，架体受到横向和纵向的力之后都不会发生变形，且盘扣脚手架是一个完整的体系，脚手板和步梯都能起到保证架体稳定和工人安全的作用，因此相比其他的铺设的脚手架，盘扣脚手架的挂钩踏板使架子的安全性提升了一个高度。
三、盘扣式脚手架节点改进设计分析
承插型盘扣式脚手架在搭建时将横杆端扣接头卡入承插盘，再用插销楔入横杆及承插盘上的插销孔并敲紧插销即可。
连接节点依靠插销与横杆接头之间的接触以及插销与承插盘的接触传递作用力，因而插销的楔紧程度及自锁性能对节点连接的稳固性影响很大。
1.盘扣式脚手架节点自锁条件。将脚手架节点的插销分离出来，其受力模型如图1所示。把横杆端扣接头对插销的反作用力FR1、FR2分解为平行插销斜面驱动插销滑动的力FT以及垂直于斜面的力FN，将承插盘作用在插销的力分解为垂直斜面的正压力RN和平行于斜面的摩擦力FA。
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图1插销受力模型
图1中θ为端扣接头对插销的作用力与垂直于插销斜面方向的夹角。在垂直于斜面方向由平衡方程：
（1）
为横杆接头与插销接触面摩擦角，α为插销斜角。FN=FN1+FN2，FN为横杆端扣接头作用在插销上的法向力。FT=FT1+FT2，FT为推动插销沿斜面移动的驱动力。式（1）化为：
（2）
由库伦定理可知，阻碍插销滑动的摩擦力的最大值为接触面摩擦系数μs与插销斜面的正压力rN之积：
（3）
在插销不发生滑动时，摩擦力是平行于插销斜面方向的驱动力FT的阻力，斜面方向平衡方程为：
（4）
当插销刚开始发生滑动时，FT=FA，此时摩擦力达最大值，即：
（5）由式（2）和式（5）有：（6）
将代入式2~6得：
（7）
解方程2~7得：
（8）
由式（8）可知，脚手架节点插销斜面接触摩擦系数必须大于插销与横杆端扣接头之间接触面摩擦系数，才能保证脚手架节点在任意载荷下都具有良好的自锁性能。在单圆盘承插型盘扣式脚手架节点中，插销斜面及与端扣接头接触面的当量摩擦系数是相等的，在插销斜面驱动力比斜面最大摩擦力大时，插销将沿着圆盘接触面向上滑动，因而不能保证脚手架节点在复杂载荷作用下的自锁性能。
2.双圆盘脚手架节点方案设计。由式（8）可知，当驱动力增大到一定程度使作用在插销斜面上的摩擦力达到最大值时，插销将向上滑动使节点将不再自锁。通过增大承插盘与插销接触面之间的当量摩擦系数，可以提高脚手架节点的自锁性能。但在传统承插型盘扣式脚手架中，若通过改变接触形式来增大接触面的当量摩擦系数，当脚手架节点受到正向弯矩作用时，插销自动楔紧的阻力也随之增大，在施工搭建中也不利于人工装配和敲紧插销。为使脚手架节点在正反弯矩作用都具有良好的自锁性能，并且在施工过程中能快速方便地进行装配，提出了一种双圆盘承插型盘扣式脚手架节点来解决这一问题。双圆盘承插型盘扣式脚手架节点是在原有结构上增加一个承插盘作为下承插盘，并将原来铸造而成的横杆端扣接头改为钢板折弯件。
双圆盘脚手架节点由立杆、横杆、圆盘、插销等构件组成，与原承插型盘扣式脚手架节点不同的是，其承插盘由上下两个圆盘组成，上承插盘与单圆盘节点的承插盘一样，而下承插盘的插销槽设计成V行，以增大其与插销接触时的当量摩擦系数，插销与下承插盘之间的连接形式。
双圆盘脚手架节点在交变弯矩作用下，插销在端扣接头的推动下与下承插盘V形槽接触，接触面有较大的当量摩擦系数，因而具有良好的自锁性能，适用于冲击振动载荷较大的施工条件。
承插盘扣件钢管支模脚手架是一种新型的架体，架体本身具有重多突出优点，经济效益高，因其立杆间距一经确定后不可调整，所以架体的方案设计是发挥其优点和经济效益的核心保障，如果没有精心的配套设计，将使架体的整体性受到较大影响;而施工中从整体到局部的架体搭设思路是保证架体整体性的关键。所以精心进行方案设计、精心组织施工，承插弄盘扣式支模架的优点和经济性是非常明显的。
参考文献：
[1] 朱小竞.承插型盘扣式脚手架节点结构改进分析[J].建筑安全,2018,31(10):21-25.
[2] 汪涛.承插型盘扣式脚手架结构安全研究[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2018,13(4):11-13.
论文作者: 乔 倩
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷21期
论文发表时间:2020/3/14
标签：插销论文; 脚手架论文; 节点论文; 斜面论文; 横杆论文; 斜杆论文; 圆盘论文; 《建筑实践》2019年38卷21期论文;