以西昌某水力發(fā)電站邊坡管理施工腳手架工程為背景，在計算腳手架水平桿、立桿和墻壁部件等強度、撓度和穩(wěn)定性的同時，利用有限軟件midasgen分析腳手架系統(tǒng)各負荷作用下的內力和變形。結果表明:腳手架應力和變形的各項控制指標均在規(guī)范允許范圍內，計算結果偏于安全。

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施工中常用且重要的臨時設施，其安全問題一直是腳手架設計和施工的重難點。本文通過參考相關規(guī)范和利用有限元軟件兩種方式對腳手架體系進行荷載計算和靜力分析，得到各主要工況下腳手架體系各構件及連墻件的內力及變形。這兩種靜力分析方法概念明確，操作簡單，在掌握各種負荷的作用下，腳手架構成部件和重要節(jié)點的應力應變、墻壁部件的應力應變、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行比較分析

1腳手架參數(shù)

結合工程實踐和施工規(guī)范，腳手架設計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，其材質符合現(xiàn)行國家標準碳結構鋼GB/T700-2006的規(guī)定，如表1所示。腳手架地面設置縱橫掃除桿，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)點域到錨固點之間的距離Lb=0.25m，外套一根短架并灌注M25水泥砂漿進行錨固，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，連墻件設置如圖1所示。

腳手板為5cm厚的木腳手板，其自重標準值為0.35kN/m2。施工負荷在腳手架縱向30m、上層15m的范圍內設置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臺鉆頭進行考慮。采用YXZ70A鉆機，其自重為0.85t，每臺鉆機配備3名工作人員，施工人員自重標準值按每人75kg計算，鉆機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。西昌地區(qū)基本風壓采用0.20kN/m2，環(huán)境為B類地面粗糙度，風壓高度變化系數(shù)取1.14。將腳手架視為桁架，風荷載體型系數(shù)為桁架擋風凈投影面積與桁架輪廓面積的比較，當腳手架掛2000目密眼網(wǎng)時，擋風系數(shù)默認值為0.8。風荷載標準值為Wk=0.7×0.8×1.14×0.2=0.13kN/m2。

2腳手架設計計算

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算結果，如表2所示。

2.2墻體零件

邊坡支護施工中，錨桿鉆孔產(chǎn)生的鉆頭設備、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，對墻體零件進行計算分析《巖土錨(索)技術規(guī)程》CECS22-2005規(guī)定:錨的傾斜角應避免水平為-10°~10°的土層錨的設計和施工規(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，可以假設鉆孔角度β為25°。

3腳手架模擬計算

腳手架鋼結構部分的自重程序自動計算，但考慮到緊固件、絞線、繩卡等重量，通過計算一個步距和跨度范圍內的腳手架單元的重量，腳手架整體結構可以取得1.15倍的自重放大系數(shù)。其馀恒載和活載參考規(guī)范理論計算結果值。目前，國內對緊固件節(jié)點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行的分析在一定數(shù)量上，腳手架節(jié)點連接屬性是剛性連接的8本文采用規(guī)范法計算腳手架系統(tǒng)，計算結果安全，為了簡化計算，迅速建模，腳手架節(jié)點采用midasgen默認的剛性連接屬性，計算結果如圖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準值作用下產(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)點的最大負彎矩為0.61knm，腳手架鋼管的最大應力為115.77MPa，滿足強度要求。模擬計算結果較規(guī)范計算結果偏小，造成差異的原因主要有以下幾方面:模型中節(jié)點設置為剛性連接，腳手架水平桿件按照多跨連續(xù)梁整體計算，而規(guī)范分別按照鉸接簡支梁和三跨連續(xù)梁計算，因此，模擬結果較計算結果偏小;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，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，可能導致分析結果偏小。墻體部件的計算結果如圖7、圖8所示，單個墻體部件支架的反力計算結果見表3。結果表明：沿墻件軸向最大拉力為13.03kN，符合錨力要求。

4結語

本文通過安全技術規(guī)范和數(shù)值模擬對高邊坡腳手架水平桿件、立桿、扣件及連墻件進行計算，對桿件在最不利荷載組合下的內力、撓度變形及應力進行分析和驗算，對連墻件在施工荷載、機械自重和風荷載作用下的內力進行錨固力驗算，主要得出以下結論:(1)從規(guī)范計算結果和MidasGen分析結果來看，桿件內力基本較小，變形和應力均在規(guī)范允許范圍內，結果偏于安全，強度有較大儲備，可認為腳手架安全性能滿足要求。(2)規(guī)范計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果為13.03kN，計算值基本一致，墻體部件的內力大小受腳手架體的強度和剛性的影響小，影響墻體部件內力的主要因素是風荷載、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，其軸向拉伸標準值可以滿足錨定力的要求。