扣件式钢管高大模板支架抗连续倒塌性能技术分析

文献概况与工程背景

胡长明等发表于《建筑钢结构进展》2019年第21卷第3期的这篇论文，采用ANSYS有限元分析软件，研究了扣件式钢管高大模板支架的抗连续倒塌性能。通过撤除不同位置的立杆模拟局部失效，比较了不设置剪刀撑、仅横向设置剪刀撑及纵横双向设置剪刀撑三种方案的抗连续倒塌能力。作为长期从事钢管制造与焊接的技术人员，我对该课题中钢管支架的节点连接可靠性、扣件质量以及钢管制造工艺对结构整体性能的影响尤为关注。

核心技术内容解读

抗连续倒塌分析原理

抗连续倒塌分析的核心思想是：当结构中的某一构件因意外原因失效后，剩余结构能否通过内力重分布承担失效构件的荷载，避免结构发生连续倒塌。该研究通过撤除立杆模拟局部失效，计算剩余结构的需求能力比（RDC），RDC越大表示结构越接近倒塌。

剪刀撑对抗倒塌性能的影响

试验结果表明，剪刀撑能够改变立杆竖向荷载的传递路径，并分担部分竖向荷载，使得立杆的轴力不会同时达到其承载力，从而避免高大模板支架发生连续倒塌。从钢管支架的制造工艺角度看，剪刀撑的斜杆与立杆的连接节点是受力关键部位，其连接可靠性直接影响剪刀撑的抗倒塌功能。

扣件式钢管支架的剪刀撑通常采用旋转扣件连接，旋转扣件的质量直接影响斜杆与立杆的连接强度。根据JGJ 130《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，旋转扣件应满足以下要求：

• 抗滑承载力：≥12kN
• 抗扭承载力：≥65N·m
• 扣件螺栓拧紧力矩：40-65N·m

正常使用荷载下的安全性

研究表明，在正常使用荷载作用下，安装质量保证的扣件式钢管高大模板支架不会发生连续倒塌。这一结论的前提是扣件质量合格、安装规范。在实际工程中，扣件式钢管支架的安全隐患主要来源于：

1. 扣件质量不合格：市场上存在大量不合格扣件，其抗滑承载力远低于标准要求，是支架倒塌的主要诱因。
2. 安装不规范：扣件螺栓未拧紧、立杆间距超标、剪刀撑缺失或设置不规范等。
3. 钢管质量缺陷：钢管壁厚不足、焊缝开裂、弯曲变形等。

钢管制造工艺与质量控制

脚手架用钢管的制造要求

扣件式钢管支架用钢管通常采用焊接钢管（ERW或HFW），执行标准GB/T 13793或JGJ 130。钢管的制造工艺和质量控制要点如下：

钢管焊接质量控制

脚手架用焊接钢管的焊缝质量是保证支架安全的关键。ERW或HFW焊接钢管的焊缝通常位于管体纵向，在支架受力时承受弯矩和剪力。焊缝缺陷（如未熔合、夹渣、裂纹）会在循环荷载或超载作用下扩展，导致钢管突然断裂。

建议对脚手架用钢管进行以下质量控制：

1. 焊前材料检验：钢管原材料的化学成分和力学性能应符合GB/T 699（优质碳素结构钢）或GB/T 8163（输送流体用无缝钢管）的要求。
2. 焊后无损检测：对关键批次钢管进行磁粉检测（MT），检测标准参照GB/T 15822，合格等级不低于Ⅱ级。
3. 水压试验：每批钢管进行水压试验，试验压力为工作压力的1.5倍，保压时间不少于5分钟，无渗漏为合格。

扣件与钢管的配合精度

扣件与钢管的配合精度直接影响连接节点的承载力和刚度。钢管外径偏差过大或过小，都会导致扣件与钢管的配合间隙不当：间隙过大则连接松动，间隙过小则扣件无法安装或安装后应力集中。建议钢管外径偏差控制在±0.3mm以内，以确保扣件与钢管的良好配合。

工程实践与安全管理

支架搭设质量控制要点

根据PDCA循环管理方法，支架搭设质量控制可分为以下阶段：

• 计划（P）：编制支架搭设专项施工方案，明确钢管、扣件规格型号及搭设参数，进行安全技术交底。
• 执行（D）：严格按方案搭设支架，扣件螺栓拧紧力矩使用力矩扳手逐个检查，剪刀撑按方案要求设置。
• 检查（C）：搭设完成后进行验收，检查立杆间距、步距、剪刀撑设置、扣件拧紧情况等。
• 改进（A）：针对验收中发现的问题进行整改，总结经验教训，完善后续施工质量控制措施。

支架拆除与重复使用管理

扣件式钢管支架通常重复使用多次，每次使用后需进行检验和维护。从钢管与扣件的质量控制角度，建议：

1. 钢管每次使用后检查表面锈蚀情况，壁厚减薄超过10%的钢管应报废。
2. 扣件每次使用后检查螺栓和扣件体是否有裂纹、变形，不合格扣件应报废。
3. 建立钢管和扣件的使用台账，记录每次使用情况和检验结果，便于追溯管理。

学习心得与工程启示

该文献通过有限元分析揭示了扣件式钢管高大模板支架的抗连续倒塌性能规律，为支架设计和安全管理提供了重要的理论依据。从钢管制造与焊接的角度看，支架的抗倒塌性能不仅取决于结构设计，更取决于钢管和扣件的质量以及安装质量。

角杆撤除后RDC最大这一结论具有重要工程意义——角杆是支架的薄弱环节，在支架设计中应适当加强角杆区域的剪刀撑设置，或在角杆位置采用更高质量的钢管和扣件。剪刀撑作为改变荷载传递路径的关键构件，其设置方案和连接质量直接影响支架的抗倒塌能力。

在实际工程中，建议对扣件式钢管支架实施全过程质量管理，从钢管采购、扣件检验、支架搭设到使用维护，每个环节都需严格控制质量，确保支架的抗连续倒塌安全。