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作者：田明华 谢亮 杨泽宇 （湖南五恒模架股份有限公司，长沙） 安全科普： 让安全击碎这些事故隐患的发生！  关键词：承插盘扣支架、高支模架、事故分析    当前承插型扣支架在混凝土模板支撑中得到广泛应用，与传统支架相比其优势十分显著，被誉为最安全的支撑系统之一，但施工现场坍塌事故时有发生。 结合贵阳某高架桥项目高支模架坍塌事故案例进行分析计算，获得事故发生的主要原因是支架产品本身的质量以及支架构造缺陷，在此基础上提出严格控制顶部自由端长度以及合理布置竖向斜杆是保证高支模架安全的基本措施。 承插盘扣支架 承插盘扣支架（以下简称盘扣架）又名 “雷亚架”，由德国LAYHER公司于90年代中期设计研发，目前是国际上应用最广泛的一种支架系统。2010年作为《建筑十项新技术》之一在国内推广使用，广泛应用于桥梁、隧道、大型物流园、车辆段盖体等领域的施工。 目前使用过程中，由于产品质量、方案设计、施工质量、浇筑过程等诸多因素缺少系统控制，导致安全事故频发，对人民群众生命和财产造成巨大损失。所以，准确掌握盘扣架受力特性及关键控制点，是保证安全施工的基本前提。  盘扣支架组成及基本受力特性 盘扣架采用铸钢或冲压轮盘焊接在立柱上，横杆通过横杆头与立柱上的轮盘进行联接，并通过插销进行固定，与传统碗扣、钢管扣件等支架相比，盘扣架设计了竖向斜杆，通过插头及插销与立杆轮盘扣接，形成空间桁架结构，具有搭设效率高、稳定性好、承载力高的等特点。   1-可调丝杆底托 2-标准基座 3-立杆 4-水平横杆 5-竖向斜杆 6-可调U型顶托 7-主梁 图1.1盘扣支架节点及基本构造图 盘扣架作为支撑架使用，无内部斜杆的六面体是支撑架基本单元，支撑架实际上有多个六面体单元拼装组成，施工中常使用旋转斜撑和K型斜撑，获得内部空间几何不变单元的六面，然后在水平方向和竖向方向扩展延伸，形成空间复杂桁架结构。竖向斜杆的设置提高了支撑架整体稳定性。 盘扣支架的立杆、横杆为主要承载构件，材质为Q345B材质，根据立杆直径分为M60型和M48型两种支撑体系，其中M60型支撑架单支承载力达到18吨，M48型支撑架单支承载力也能达到12吨，与传统支撑架相比，承载力具有绝对优势；但使用过程中对盘扣支架受力特性掌握不足，忽略关键控制点，将带来比传统支架更大的风险。  盘扣支架坍塌事故分析 坍塌事故概况，请留心！ 某曲线匝道桥梁采用M60型盘扣支架进行现浇支撑，匝道单跨长度17m，梁高1.8m，桥面宽度10.5m，高支模架到梁底支撑高度24m，支架采用沙袋预压，当堆放第二层沙袋时，支架中部靠近曲线内侧位置支架发生变形并伴随异响声，操作工人立刻撤离工作区域，然后支架发生局部坍塌事故，如图2.1所示，支架坍塌时预压荷载约为预压设计荷载70%，本次高支模架坍塌事故未造成人员伤亡。 图2.1 坍塌事故现场 为什么会发生坍塌事故呢？原因在这里： 事故发生后，通过对现场进行勘察，发现高支模架材料及搭设方案存在严重的问题，不符合盘扣支架产品质量及施工技术的基本要求，且支架系统存在严重的构造缺陷，是本次坍塌事故的主要原因。 施工技术上存在的原因： 1.支架体系设计缺陷 曲线匝道桥采用M60型盘扣支架为外套管承插型，立杆最长为2000m，立杆上第一个轮盘距立杆端面距离为250mm,可调丝杆顶托螺母与套管连接，如图2.2所示，该设计存在一定的缺陷，焊缝承受荷载，焊缝质量好坏直接决定了整体支架的安全。 图2.2 焊缝受力 2.支架顶端悬臂过长 盘扣支架顶部套管距离横杆节点距离大约350mm，加可调U型顶托丝杆外露长度大约300mm，自由端长度达到650mm，个别位置超过700mm，如图2.3所示，盘扣支架悬臂长度对模板支架的临界荷载有十分显著的影响，临界荷载随悬臂长度增加明显降低，其失稳模式逐步由立杆的多波失稳逐渐变为悬臂部分起主导作用的失稳模式[2]，表1为M60型盘扣支架极限承载力有限元计算值与悬臂长度对应关系。 图2.3 自由端悬臂 表1 M60盘扣支架极限承载力计算值与悬臂长度对应关系 表1显示，盘扣支架悬臂端超过750mm与悬臂300mm相比，承载力最大减低超过50%，因此支架悬臂端长度是盘扣支架极限承载力的主控因素，是造成支架坍塌事故的主要因素之一。 3.竖向斜杆布置问题 竖向斜杆是提高盘扣支架承载力及稳定性的关键因素，而目国内盘扣规范并未引入斜杆对支架整体承载力影响的计算，仅将竖向斜杆作为一种提高安全的构造措施，如何有效的设置竖向斜杆并不明确。图2.4、2.5为该高支模架斜杆布置方式，在最顶层步距未设置斜杆，从第一个步距至倒数第二个步距，六面体基本单元竖向仅三个面布置竖向斜杆，不符合格构理论的布置原则。其次，在靠近墩身位置未设置竖向斜杆，此处为支架最薄弱的位置，极大降低了盘扣支架整体承载能力。 图2.4 顶层步距无竖向斜杆 图2.5 竖向斜杆现场布置方案 产品质量的缺陷这些需要注意了： 1.虚焊 假焊 通过对坍塌支架材料进行检查发现支架产品质量存在严重的焊接缺陷，熔透性不足，焊接质量不合格，图2.6为横杆插头受拉而整体脱落；图2.7为焊接的套管受载发生脱落。 图2.6 横杆插头受拉整体脱落 图2.7焊接的套管受载发生脱落 2.插头铸造缺陷 考察发现横杆和斜杆插头采用的为覆膜砂铸造工艺，因其铸造件小，铸造缺陷显著，与蜡模精铸工艺相比，插头铸造质量较差，断裂的铸件上发现大量缩孔、气孔、夹渣等缺陷，严重制约了支架的承载能力。 图2.8插头铸造缺陷 3.轮盘材质焊接质量缺陷 坍塌的高支模架立杆轮盘为Q235材质，且轮盘与立杆焊接焊缝质量不达标，极大削弱了节点的连接强度。 图2.9轮盘焊接缺陷 4.可调U型顶托质量缺陷 坍塌的支架发现U型顶托手板螺母破碎丢失，手板螺母通过端面将顶托上荷载传递给套管，螺母质量不合格直接导致顶托失效，失去承载能力，其荷载直接分摊到相邻立杆上，引进局部荷载增加，超出支架设计承载值。 图2.2 焊缝受力 支模架坍塌分析计算： 为有效分析和验证支架坍塌原因，采用有限元分析软件按照现场支架实际尺寸及布置结构形式建立有限元模型，分析计算支架整体极限承载力，根据设计方案，支架预压区域横向布置间距为0.9m+1.2m+0.9m+0.9m+1.2m+0.9m，纵向靠近桥墩位置0.6m，中间坍塌位置1.2m，取坍塌区域最大间距1.2m建模计算。 预压加载第二层沙袋发生坍塌，两层沙袋高度约2m，考虑沙袋受雨水影响，密度取值按照1.6g/cm3计算，则坍塌时堆载区域面荷载为32KN/㎡，建模时不考虑产品质量缺陷。 支架底部采用铰接约束，顶端为自由端，横杆与立杆设置半刚性连接，节点刚度取8.6×106N/rad[3]。斜杆与立杆节点采用交接模式，不考虑轴向力偏载影响，计算结果如图2.11所示： 图2.11高支模架一阶模态 图2.11为有限元分析计算的一阶模态，模态特征值λ为0.898＜1，说明该临时支撑结构屈曲临界荷载小于预压荷载，导致支架自由端发生屈曲失稳，支架发生坍塌事故。实际情况下支架产品存在重大的质量缺陷，进一步降低了盘扣支架整体承载能力，导致事故的发生。 结论 1 支架产品的质量是高支模架方案设计的基石，是保证施工安全的首要条件，任何有效的设计方案必须以产品质量为基础。盘扣支架作为临时支撑系统的一种，其盘扣支架本身不等于安全，需要合理的方案设计、良好的搭设质量、严格的管理过程以及正确的使用方法共同保障施工安全。 2 《建筑施工承插型盘扣件钢管支架安全技术规程(JGJ 231-2010 )》对支架顶层自由端悬臂长度有相关规定，要求严禁超过650mm。而规范计算模式中顶部自由端小于650mm时，对支架极限承载力影响不大，与实际情况并不不符，对支架的使用者是一种误导。计算表明随着悬臂长度的增加，支架承载能力极大的降低，使用过程中要求严格控制自由端长度并引入计算。 3 竖向斜杆是盘扣支架高承载能力的保障，合理布置竖向斜杆，可有效提高支架的承载能力，防止支架坍塌事故的发生，目前国内的施工规范对盘扣竖向斜杆的规定并不十分明确，使用过程中存安全隐患，需要方案设计人员按照荷载的大小设计斜杆布置方式，且单体内必须形成格构柱模式，从底层只顶层连续布置。 4 严格执行支架质量验收程序和预压监测方案，确保支架使用安全。 |
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