承插型盘扣式钢管支架是一种新型的脚手架结构体系, 主要由立杆、水平杆、斜杆、可调底座及可调托座等构配件构成, 立杆采用套管承插连接, 水平杆和斜杆采用杆端扣接头卡入衔接圆盘, 用楔形插销连接, 形成结构几何不变体系^[1]。承插型盘扣式钢管支架具有安装拆卸方便、施工工期短、适用范围广、承载力高、整体性好等优点, 不仅适用于常规工程的脚手架搭设, 还适用于一些临时建筑的搭设, 如临时车棚、仓库、舞台、看台等^[2]。

　　 由于承插型盘扣式钢管支架问世时间较短, 现有的技术还存在不少欠缺, 如受节点处衔接圆盘限制, 其无法像扣件式脚手架般设置剪刀撑^[3], 现有的理论计算模型还无法完全模拟其现场施工效果等。因此, 对这种结构体系安全性的研究就显得尤为重要。笔者通过静载试验, 对由承插型盘扣式钢管支架组成的第53届世界乒乓球锦标赛临时看台系统的承载能力进行分析, 为以后的工程实践提供参考。

　　 第53届世界乒乓球锦标赛临时看台分别为A, B, C, D共4个区, 本次试验区域为D区, 长34m, 宽16.8m, 具体试验区域见图1。D区临时看台结构形式为承插型盘扣式钢管支架组装结构, 立杆纵距为2.0m, 横距为2.4m, 看台首排距楼面高度为1.0m, 最高排距楼面高度为8.0m。临时看台结构系统主体由承插型盘扣式钢管支架、看台板及其下部的三角形桁架、通道体系和栏杆组成, 立杆底座下布置槽钢, 将荷载通过槽钢传递至场馆楼板。经过原设计方充分验证, 场馆楼板的承载力能够满足设计及实际使用要求, 本次试验仅检测承插型盘扣式钢管支架临时看台的承载力。

　　 临时看台承插型盘扣式钢管支架立杆截面为, 材料为Q345B;水平杆截面为, 材料为Q235B;斜撑截面为, 材料为Q235B;衔接圆盘由厚度10mm的Q235铁板加工而成。三角形桁架上弦杆截面为□60×40×3, 材料为Q345;下弦杆截面为□40×40×3, 材料为Q345;竖杆截面为, 材料为Q345;斜杆截面为, 材料为Q345。

　　 通过对试验区域的临时看台进行静载试验, 获取结构体系各类典型杆件的荷载-位移曲线, 分析立杆、三角形桁架及结构整体承载力。

　　 本次静载试验采用堆砂法, 在临时看台受力最不利且便于堆载的区域抽取相邻3跨进行静载试验, 试验区域如图1所示。根据设计要求, 临时看台试验活荷载标准值取3.5kN/m², 根据规范要求考虑分项系数1.4^[4], 则检验荷载为4.90kN/m², 加载面积为6.0m×16.8m, 总荷载为493.9kN, 约为49.4t。采用砂袋堆载, 每袋25kg, 准备约1 976袋。按照活荷载标准值的0, 0.4, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4倍, 分5个等级进行加载, 每排座位对应堆放砂袋数分别为0, 27, 54, 67, 81, 94袋。

　　 (1) 立杆测点。选取 (2) 轴交?轴、 (3) 轴交?轴、 (2) 轴交?轴处立杆, 在其最下方一节立杆上布置应变测点, 分别在顶部、中部、底部对称粘贴应变片。为方便表述, 每根立杆应变测点自上到下编号为测点1～12, 测点编号如图2所示。

　　 (2) 三角形桁架测点。选取首排座位下的三角形桁架的斜杆布置应变测点, 如图3所示。

　　 (1) 立杆横向变形测点。选取 (3) 轴交H轴、 (2) 轴交G轴、 (3) 轴交F轴处立杆, 在其最上端、正中间、最下端三节立杆的中部布置横向变形测点, 位移计1, 2分别量测立杆东西和南北方向的变形, 如图4所示。

　　 (2) 立杆顶部纵向变形测点。选取 (2) 轴交H轴、 (3) 轴交G轴、 (2) 轴交F轴处立杆 (立杆位置同图2 (a) ) , 在立杆轴线顶端采用钢丝绳连接百分表、吊锤, 布置纵向位移测点。

　　 (3) 三角形桁架挠度测点。选取首排座位下的三角形桁架布置挠度测点, 如图5所示。

　　 1) 结构预压, 每排座位放置2个砂袋, 检查仪器设备是否正常工作, 若正常则将砂袋移出试验区域。2) 空载, 根据试验总指挥的指令, 各测量组读取支架在空载下的初始读数, 加载人员在场地待命。3) 各测量组读取完初始数据后, 向总指挥汇报, 然后总指挥向加载人员下指令, 指挥其将砂袋按27袋/排堆在指定位置, 尽可能均匀排布。4) 砂袋堆载完毕后静置约15min后, 各仪表读数不再明显增加后, 向总指挥报告。总指挥下达指令, 各个测量小组开始测量。5) 各个测量小组完成本工况各自的测量任务后, 向总指挥报告。6) 根据各个测量小组汇报的测量结果, 总指挥判断试验是否正常。如果测量结果有异样, 则命令相应的小组重新测量。如果一切正常, 则命令加载人员按照预定加载等级继续加载。7) 重复以上加载步骤, 即按照预设的0 (0袋/排) →1.4kN/m² (27袋/排) →2.8kN/m² (54袋/排) →3.5kN/m² (67袋/排) →4.2kN/m² (81袋/排) →4.9kN/m² (94袋/排) 顺序加载, 直至荷载达到检验荷载。加载至检验荷载时应持荷至少1h, 持荷期间每隔15min测取各仪表读数, 直到仪表读数在15min内不再明显增加为止。8) 分级卸载, 按照4.9kN/m² (94袋/排) →4.2kN/m² (81袋/排) →3.5kN/m² (67袋/排) →2.8kN/m² (54袋/排) →1.4kN/m² (27袋/排) →0 (0袋/排) 5个等级依次卸荷, 每级卸载完成后读取并记录各仪表读数。试验现场加载实景如图6所示。

　　 各级荷载作用下立杆应变结果见表1～3。所测立杆钢材材质为Q345B, 钢材弹性模量E=2.06×10³N/mm², 钢材抗压强度设计值f=310 N/mm²。从表1～3中可以看出:所测立杆在检验荷载作用下各测点实测应变ε最大值为543με, 由胡克定律, 可得在检验荷载作用下, 立杆轴向实测压应力σ=108.6N/mm²<f=310N/mm², 满足《钢结构设计规范》 (GB 50017—2003) ^[5] (简称钢规) 规定的轴心受压构件强度公式, 其中N为轴心拉力或轴心压力, A_n为净截面面积。说明在检验荷载作用下, 所测立杆的强度满足要求。

　　 对于 (2) 轴交H轴立杆测点9、 (3) 轴交G轴立杆测点5、 (2) 轴交F轴立杆测点6出现残余应变由压变拉的情况, 经分析, 出现此现象的原因是由于现场施工过程中, 立杆承插连接未完全密实, 导致立杆在实际受力过程中出现异常。

　　 各级荷载作用下首排座位下三角形桁架应变结果见表4, 其杆件荷载-应变曲线如图7所示。

　　 所测三角形桁架钢材材质为Q345, 钢材抗压、抗拉强度设计值f=310N/mm², 在检验荷载作用下实测应变最大值为-301με, 受压杆件实测压应力σ=60.2N/mm²<f=310N/mm², 满足钢规规定的轴心受压构件强度公式要求, 故所测杆件强度满足要求。图7中三角形桁架杆件荷载-应变曲线近似直线, 说明在设计活荷载作用下杆件处于弹性工作阶段。

　　 各级荷载作用下立杆上、中、下三节中部横向变形结果见表5～7。由表中数据可以看出, 在检验荷载作用下所测立杆横向变形最大值为1.50mm, 说明所测立杆基本处于正常工作状态。同时也发现, 所测立杆横向变形变化规律不明显, (3) 轴交F轴立杆中节横向变形值较大。经分析, 出现此现象的原因是施工时立杆承插接口不平整, 试验前发现个别杆件出现明显可见垂直度偏差, 导致加载过程中立杆受力不均匀, 传力不稳定。

　　 各级荷载作用下立杆顶部纵向位移结果见表8, 立杆顶部荷载-纵向位移曲线如图8所示。

　　 由表8中数据可以看出, 在检验荷载作用下所测立杆顶部纵向位移最大值为2.72mm, 且图8中立杆荷载-纵向位移曲线近似直线, 说明在设计活荷载作用下立杆处于弹性工作阶段。

　　 对于所测立杆出现残余位移过大的情况, 经分析, 出现此现象的原因是由于现场施工过程中, 立杆承插连接未完全密实, 实际加载过程中杆件被压实, 变形无法恢复, 导致残余位移偏大。

　　 各级荷载作用下三角形桁架挠度检测结果见表9, 其荷载-挠度曲线如图9所示。

　　 由表9中数据可以看出, 在检验荷载作用下所测三角形桁架挠度最大值为0.74mm, 小于钢规中受弯构件的挠度容许值[υ_Q]=l/250=9.6mm (l为三角形桁架水平弦杆长度, l=2 400mm) , 卸载后残余变形较小, 且图9中三角形桁架荷载-挠度曲线近似直线, 说明在荷载检验值作用下三角形桁架处于弹性工作阶段。

　　 本文通过对承插型盘扣式钢管支架临时看台进行的静载试验, 分析各杆件受力情况, 验证此临时看台的安全性得出以下结论:

　　 (1) 在荷载检验作用下, 所检构件承载力满足要求。

　　 (2) 由于现场施工过程中, 立杆承插连接未完全密实, 斜杆仍有松动, 实际加载过程中部分杆件间隙被压实, 变形无法恢复, 出现立杆实际受力不规律、横向位移变化异常、部分杆件残余位移偏大等现象。由此可以看出, 承插型盘扣式钢管支架临时看台在实际应用中, 缺乏严格的检验验收标准, 需要通过静载试验对其整体承载力进行评定。