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承插型钢管脚手架力学性能试验与关键参数研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代建筑领域，脚手架作为一种不可或缺的临时支撑结构，为建筑施工提供了必要的工作平台和安全保障。承插型钢管脚手架作为一种新型的脚手架体系，以其独特的承插连接方式，在建筑施工中得到了日益广泛的应用。这种脚手架体系具有搭建和拆除速度快、结构稳定、承载力强、可根据施工需求进行不同形状和尺寸的搭建等优点，被广泛应用于高层建筑、桥梁、隧道、地铁等各类工程施工中的临时支撑和作业平台。

随着建筑行业的快速发展，对脚手架的安全性和稳定性要求也越来越高。承插型钢管脚手架的安全使用直接关系到施工人员的生命安全和工程的顺利进行。尽管承插型钢管脚手架在理论上具有诸多优势，但在实际应用中，其受力性能和安全性能受到多种因素的影响，如节点连接的可靠性、立杆的稳定性、水平杆和斜杆的布置方式等。这些因素可能导致脚手架在使用过程中出现变形、失稳甚至坍塌等安全事故，给工程建设带来严重的损失。因此，有必要对承插型钢管脚手架进行系统的试验研究，深入了解其受力性能和破坏机制，为其安全设计和使用提供科学依据。

目前，国内外学者对承插型钢管脚手架的研究主要集中在理论计算和数值模拟方面，虽然取得了一定的研究成果，但由于实际工程中的工况复杂多变，理论计算和数值模拟往往难以完全准确地反映脚手架的真实受力情况。通过试验研究，可以直接获取脚手架在各种工况下的受力和变形数据，验证理论计算和数值模拟的准确性，为脚手架的设计和施工提供更加可靠的依据。此外，试验研究还可以发现一些理论研究中尚未考虑到的问题，为进一步完善脚手架的设计理论和规范提供参考。

对承插型钢管脚手架进行试验研究具有重要的现实意义和理论价值。通过试验研究，可以深入了解承插型钢管脚手架的受力性能和破坏机制，为其安全设计和使用提供科学依据，从而有效保障建筑工程的施工安全，减少安全事故的发生。试验研究结果还可以为相关规范和标准的制定和修订提供数据支持，推动建筑行业的技术进步和发展。

1.2国内外研究现状

近年来，承插型钢管脚手架因其高效、安全、灵活等优势，在国内外建筑领域的应用日益广泛，相关研究也不断深入。

在国外，一些发达国家如美国、日本、德国等，对承插型钢管脚手架的研究起步较早，已经形成了较为完善的试验方法和标准体系。他们通过大量的试验研究，对脚手架的力学性能、节点连接性能、稳定性等方面进行了深入分析。例如，美国的相关研究机构通过对不同类型承插型钢管脚手架的足尺试验，详细研究了脚手架在不同荷载工况下的受力性能和破坏模式，为脚手架的设计和应用提供了可靠的依据。日本则注重从材料性能、加工工艺等方面对脚手架进行研究，以提高脚手架的整体性能和安全性。德国在承插型钢管脚手架的标准化和规范化方面做了大量工作，制定了一系列严格的标准和规范，确保了脚手架的质量和安全。

国内对承插型钢管脚手架的研究相对较晚，但近年来发展迅速。国内学者主要从理论分析、数值模拟和试验研究等方面对承插型钢管脚手架进行研究。在理论分析方面，通过建立力学模型，对脚手架的受力性能和稳定性进行计算和分析，为脚手架的设计提供理论支持。在数值模拟方面，利用有限元软件如ANSYS、ABAQUS等，对脚手架进行建模分析，模拟脚手架在不同工况下的受力和变形情况，预测脚手架的破坏模式。在试验研究方面，通过对单根立杆、节点、单元架体和整体架体等进行试验，获取脚手架的实际受力性能和破坏特征，验证理论分析和数值模拟的结果。例如，天津城建大学的刘京红等人设计出3种不同斜杆布置的单元架体，并进行了足尺试验研究及有限元计算，结果表明斜杆为对角布置时较为合理，且不易使单元架体发生水平倾倒及竖向屈曲失稳。

尽管国内外在承插型钢管脚手架的研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之处。一方面，不同研究之间的试验方法和标准存在差异，导致研究结果难以直接比较和应用。另一方面，对于一些复杂工况下的承插型钢管脚手架，如在风荷载、地震荷载等作用下的受力性能和稳定性研究还不够深入，需要进一步加强。此外，对于承插型钢管脚手架的长期性能和耐久性研究也相对较少，这对于脚手架的长期安全使用具有重要影响。

1.3研究目的与内容

本研究旨在通过系统的试验研究，深入探究承插型钢管脚手架的力学性能和破坏机制，为其安全设计和使用提供科学依据。具体而言，研究将围绕承插型钢管脚手架在不同工况下的受力性能展开，通过试验获取关键数据，并进行详细分析，以揭示其力学特性和影响因素。

在研究内容方面，主要包括以下几个关键部分。首先是承插型钢管脚手架节点力学性能试验，节点作为脚手架结构中的关键连接部位，其力学性能直接影响整个脚手架的稳定性和承载能力。通过对节点进行正弯矩、负弯矩和抗剪等试验，能够获取节点在不同受力状态下的性能数据，为节点的设计和优化