水電站壩工程通常位于深切峽谷地區(qū)，岸坡挖掘形成大量高陡坡，為高空作業(yè)提供施工平臺，大型緊固件式腳手架頻繁使用。腳手架工程作為高邊坡開挖支護(hù)施工中常用且重要的臨時設(shè)施，其安全問題一直是腳手架設(shè)計(jì)和施工的重難點(diǎn)。本文通過參考相關(guān)規(guī)范和利用有限元軟件兩種方式對腳手架體系進(jìn)行荷載計(jì)算和靜力分析，得到各主要工況下腳手架體系各構(gòu)件及連墻件的內(nèi)力及變形。這兩種靜力分析方法概念明確，操作簡單，在掌握各種負(fù)荷的作用下，腳手架構(gòu)成部件和重要節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變、墻壁部件的應(yīng)力應(yīng)變、腳手架系統(tǒng)的安全性具有重要意義，同時使用兩種方法進(jìn)行比較分析

1腳手架參數(shù)

結(jié)合工程實(shí)踐和施工規(guī)范，腳手架設(shè)計(jì)采用雙排緊固件式鋼管腳手架，立桿縱距La=1.5m，立桿橫距Lb=1.5m，橫桿間距s=1.5m，作業(yè)層0.5m，橫桿間距h=1.8m。鋼管采用Q235-A級鋼，尺寸為48×3.5，其材質(zhì)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)碳結(jié)構(gòu)鋼GB/T700-2006的規(guī)定，如表1所示。腳手架地面設(shè)置縱橫掃除桿，掃除桿離地面0.3m，配置必要的斜撐、剪刀撐加固。連墻件采用��25mm螺紋鋼筋，按照2步3跨進(jìn)行布置，鋼筋入巖角度a為水平下傾45°，入巖深度La=0.8m，節(jié)點(diǎn)域到錨固點(diǎn)之間的距離Lb=0.25m，外套一根短架并灌注M25水泥砂漿進(jìn)行錨固，短架管與小橫桿采用扣件連接，斜向下搭接一根短架管，與小橫桿立桿均采用扣件連接，連墻件設(shè)置如圖1所示。

腳手板為5cm厚的木腳手板，其自重標(biāo)準(zhǔn)值為0.35kN/m2。施工負(fù)荷在腳手架縱向30m、上層15m的范圍內(nèi)設(shè)置4層木腳手板，同時作業(yè)2層，每層配置4臺鉆頭，最多配置8臺鉆頭進(jìn)行考慮。采用YXZ70A鉆機(jī)，其自重為0.85t，每臺鉆機(jī)配備3名工作人員，施工人員自重標(biāo)準(zhǔn)值按每人75kg計(jì)算，鉆機(jī)平面配置載荷作用范圍在2立桿縱距和1立桿橫距范圍內(nèi)。西昌地區(qū)基本風(fēng)壓采用0.20kN/m2，環(huán)境為B類地面粗糙度，風(fēng)壓高度變化系數(shù)取1.14。將腳手架視為桁架，風(fēng)荷載體型系數(shù)為桁架擋風(fēng)凈投影面積與桁架輪廓面積的比較，當(dāng)腳手架掛2000目密眼網(wǎng)時，擋風(fēng)系數(shù)默認(rèn)值為0.8。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為Wk=0.7×0.8×1.14×0.2=0.13kN/m2。

2腳手架設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1水平棒和立柱

限于篇幅，只給出邊坡腳手架水平棒和立柱計(jì)算結(jié)果，如表2所示。

2.2墻體零件

邊坡支護(hù)施工中，錨桿鉆孔產(chǎn)生的鉆頭設(shè)備、人員自重和鉆頭反作用力會影響墻體零件，因此考慮到風(fēng)荷載、鉆頭和施工人員自重和鉆頭反力的共同作用，對墻體零件進(jìn)行計(jì)算分析《巖土錨(索)技術(shù)規(guī)程》CECS22-2005規(guī)定:錨的傾斜角應(yīng)避免水平為-10°~10°的土層錨的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范CECS22-90規(guī)定:傾斜錨的傾斜角得小于12°，不得大于45°，最好是15°~35°。因此，可以假設(shè)鉆孔角度β為25°。

3腳手架模擬計(jì)算

腳手架鋼結(jié)構(gòu)部分的自重程序自動計(jì)算，但考慮到緊固件、絞線、繩卡等重量，通過計(jì)算一個步距和跨度范圍內(nèi)的腳手架單元的重量，腳手架整體結(jié)構(gòu)可以取得1.15倍的自重放大系數(shù)。其馀恒載和活載參考規(guī)范理論計(jì)算結(jié)果值。目前，國內(nèi)對緊固件節(jié)點(diǎn)半剛性連接的研究已經(jīng)取得了一部分成果4-7，但總體上還不完善，還沒有形成完整成熟的理論體系，用有限元方法對腳手架進(jìn)行的分析在一定數(shù)量上，腳手架節(jié)點(diǎn)連接屬性是剛性連接的8本文采用規(guī)范法計(jì)算腳手架系統(tǒng)，計(jì)算結(jié)果安全，為了簡化計(jì)算，迅速建模，腳手架節(jié)點(diǎn)采用midasgen默認(rèn)的剛性連接屬性，計(jì)算結(jié)果如圖3-圖6所示。

從圖中可以看出，水平桿件在永久和可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下產(chǎn)生的最大撓度值為1.85mm，而水平桿的跨度為1.5m，滿足要求。腳手架縱向橫桿跨度中最大的正彎矩為0.38km，縱向水平桿和立桿節(jié)點(diǎn)的最大負(fù)彎矩為0.61knm，腳手架鋼管的最大應(yīng)力為115.77MPa，滿足強(qiáng)度要求。模擬計(jì)算結(jié)果較規(guī)范計(jì)算結(jié)果偏小，造成差異的原因主要有以下幾方面:模型中節(jié)點(diǎn)設(shè)置為剛性連接，腳手架水平桿件按照多跨連續(xù)梁整體計(jì)算，而規(guī)范分別按照鉸接簡支梁和三跨連續(xù)梁計(jì)算，因此，模擬結(jié)果較計(jì)算結(jié)果偏小;模型中腳手板直接建模，板單元與橫向和縱向水平桿共同作用，自重由兩者共同分擔(dān)，降低橫向水平桿件荷載;模型中所采用的荷載工況并非最不利工況，可能導(dǎo)致分析結(jié)果偏小。墻體部件的計(jì)算結(jié)果如圖7、圖8所示，單個墻體部件支架的反力計(jì)算結(jié)果見表3。結(jié)果表明：沿墻件軸向最大拉力為13.03kN，符合錨力要求。

4結(jié)語

本文通過安全技術(shù)規(guī)范和數(shù)值模擬對高邊坡腳手架水平桿件、立桿、扣件及連墻件進(jìn)行計(jì)算，對桿件在最不利荷載組合下的內(nèi)力、撓度變形及應(yīng)力進(jìn)行分析和驗(yàn)算，對連墻件在施工荷載、機(jī)械自重和風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力進(jìn)行錨固力驗(yàn)算，主要得出以下結(jié)論:(1)從規(guī)范計(jì)算結(jié)果和MidasGen分析結(jié)果來看，桿件內(nèi)力基本較小，變形和應(yīng)力均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，結(jié)果偏于安全，強(qiáng)度有較大儲備，可認(rèn)為腳手架安全性能滿足要求。(2)規(guī)范計(jì)算法得到的墻體部件的軸向力為13.2kN，模擬分析法得到的結(jié)果為13.03kN，計(jì)算值基本一致，墻體部件的內(nèi)力大小受腳手架體的強(qiáng)度和剛性的影響小，影響墻體部件內(nèi)力的主要因素是風(fēng)荷載、鉆頭和施工人員的自重和鉆頭的反力，在上述荷載的共同作用下，其軸向拉伸標(biāo)準(zhǔn)值可以滿足錨定力的要求。