扣件式钢管高大模板支架现场试验研究学习体会

研究背景与工程安全需求

曾凡奎等人在《施工技术》2009年第38卷第8期发表的这篇文章，针对扣件式钢管高大模板支架进行了系统的现场试验研究。高大模板支架（简称高支模）是建筑施工中用于支撑高大模板系统的临时结构，其安全性和可靠性直接关系到施工人员的生命安全。近年来，高支模坍塌事故频发，造成了重大的人员伤亡和财产损失，这促使工程界对高支模的设计理论和施工实践进行了深入的反思和研究。

该研究通过现场实测，获取了高支模在施工过程中立杆、横杆和剪刀撑的内力变化规律，揭示了实测内力与规范计算内力之间的差异，为高支模的安全设计和施工提供了重要的试验依据。

试验方案与实测方法

工程概况与试验条件

试验选取上海某工程的高支模体系作为研究对象，该工程具有典型的高支模特征：支撑高度大、跨度大、荷载重。试验通过现场调查和实测，统计获得了模板支架构配件的几何参数，包括立杆间距、横杆步距、剪刀撑布置等关键参数。

内力实测方法

内力实测采用电阻应变片法，在立杆、横杆和剪刀撑的关键部位粘贴应变片，通过数据采集系统实时监测内力变化。应变片的布置遵循以下原则：

• 立杆：在立杆的中点和底部粘贴应变片，监测轴向压力。
• 横杆：在横杆的跨中和支座处粘贴应变片，监测弯矩。
• 剪刀撑：在剪刀撑的节点连接处粘贴应变片，监测轴力和弯矩。

施工阶段划分

高支模的施工过程可分为以下阶段，每个阶段的内力状态不同：

1. 搭设阶段：支架逐步搭设，荷载逐步增加。
2. 预压阶段：施加预压荷载，检验支架的承载能力和变形。
3. 混凝土浇筑阶段：混凝土浇筑过程中，荷载从底部向顶部逐步增加。
4. 养护阶段：混凝土养护期间，支架承受全部荷载。
5. 拆除阶段：支架逐步拆除，荷载逐步释放。

试验结果与分析

内力实测结果

试验结果表明，实测的轴力值大于按规范计算所求的轴力值。这一差异的主要原因包括：

• 荷载不均匀分布：实际施工中，混凝土浇筑顺序和速度不均匀，导致荷载分布不均匀。
• 节点刚度不足：扣件连接的节点刚度低于理论假设的刚性节点，导致内力重分布。
• 几何缺陷：立杆的初始弯曲和搭设偏差导致附加弯矩。
• 施工误差：立杆间距、横杆步距等几何参数的施工误差导致内力分布偏离理论计算。

剪刀撑的应力分析

试验发现剪刀撑在施工过程中经历了复杂的应力变化，且剪刀撑的应力值较大。剪刀撑在高支模体系中的作用主要体现在：

• 整体稳定性：剪刀撑通过三角形几何不变体系提高支架的整体稳定性，防止支架侧向失稳。
• 内力传递：剪刀撑将局部荷载传递到更大的结构范围内，减少局部应力集中。
• 变形控制：剪刀撑限制支架的侧向变形，提高支架的刚度。

然而，传统的高支模设计中往往忽视剪刀撑的内力计算，仅将其作为构造措施处理。试验结果表明，剪刀撑的应力值不容忽视，在进行模板支架设计和搭设时应重视剪刀撑的设置。

高支模设计的安全改进建议

基于试验结果，提出以下高支模设计的安全改进建议：

1. 荷载计算改进：在规范计算的基础上，考虑荷载不均匀分布系数，建议取1.1~1.3的不均匀系数。
2. 节点刚度考虑：在计算模型中考虑扣件节点的半刚性连接特性，采用合理的节点刚度模型。
3. 剪刀撑设计：将剪刀撑作为受力构件进行计算，而非仅作为构造措施。
4. 施工过程模拟：采用施工过程模拟方法，考虑不同施工阶段的荷载状态，确保各阶段的安全。
5. 监测预警：在高支模施工中设置内力监测和变形监测系统，实现施工过程的实时监控和预警。

工程实践中的质量控制

高支模施工的质量控制应当遵循以下PDCA循环：

• Plan（计划）：编制详细的高支模施工方案，进行内力计算和稳定性验算。
• Do（执行）：严格按照方案进行搭设，控制立杆间距、横杆步距等关键参数。
• Check（检查）：通过内力实测和变形监测，验证实际内力与计算内力的符合性。
• Act（改进）：根据实测结果调整设计方案，优化剪刀撑布置和节点连接方式。

学习心得与反思

这篇文献给我带来的最大启示是：工程结构的安全设计必须建立在充分的试验验证基础上。规范计算虽然提供了基本的设计依据，但实际工程中的荷载状态、材料性能、施工误差等因素都会导致实际内力与计算内力产生偏差。

从工程安全的角度思考，高支模坍塌事故的根源往往不在于设计计算本身，而在于设计假设与实际施工之间的脱节。因此，高支模的安全控制应当从设计、施工、监测三个环节入手，形成全过程的安全管理体系。

此外，该研究还强调了现场实测的重要性。现场实测能够获取规范计算无法涵盖的真实内力状态，为设计改进提供直接的试验依据。未来，随着传感器技术和数据采集技术的发展，高支模的实时监测将更加普及，为施工安全提供更可靠的保障。