扣件式钢管高大支模架坍塌事故分析及技术措施

扣件式钢管高大支模架坍塌事故分扣件式钢管高大支模架坍塌事故分 析及技术措施析及技术措施 扣件式钢管模板高支撑体系在土木工程施工中应用广泛 但因对支模架体系受力性能认识不清 搭设构造不规范等导致 的模板支架坍塌事故时有发生 如何有效防止发生高大支模架 突发性整体坍塌事故一直是工程建设人员关注的热点 为此建 设部规定了高大模板工程所指的对象为 水平混凝土构件模板 支撑系统高度超过 8m 或跨度超过 18m 施工总荷载大于 10kn m 或集中线荷载大于 15 kn m 的模板支撑系统 并规定 对高大支模工程应加强专项施工方案的编制及专家审查 以避 免支架整体坍塌 1 高大支模架基本受力特性高大支模架基本受力特性 扣件式钢管高大支模排架一般有两种受力模式 一是钢管 排架顶部水平杆传力支模模式 梁或板等水平混凝土构件的自 重和施工荷载通过底模下的木枋将荷载传至水平杆 水平杆又 通过与立杆扣接的直角扣件将荷载传至立杆 如图 1 所示 试 验表明当直角扣件的拧紧力矩达 40 65n m 时 单扣件在 12kn 的荷载下会滑动 其抗滑承载力设计值可取 8 kn 双扣件 在 20 kn 荷载下会滑动 其抗滑承载力设计值可取 12 kn 1 对于钢管排架顶部水平钢管传力支模形式 其支架的承载力主 要是由支架顶部水平钢管与立杆的扣件抗滑力决定的 二是钢 管排架立杆顶端设可调托座传力支模模式 在钢管顶端插入 tr38 长度为 600mm 的可调托座 支架立杆呈轴心受压状态 这种支模方法在高架桥或其他连续箱梁桥施工中应用较多 其 支架的承载力主要由支架的稳定承载力决定 如图 2 所示 2 高大支模架坍塌事故分析高大支模架坍塌事故分析 2 1 钢管排架立杆顶端扣件滑脱的坍塌模式 2004 年南京某 高架桥浇筑混凝土连续梁桥面时 近 50m 的桥面突然发生支模 架整体坍塌 造成正在施工的数十名工人受伤 经查看坍塌的扣件式钢管支模架 其排架水平杆步高为 1 6m 桥墩的墩梁处搭设架体的基本尺寸为双向 600mm 600mm 纵向的箱室梁腹板部位的架体基本尺寸为 600 mm 900 mm 板下基本尺寸为 900 mm 900 mm 每根立杆每 步的双向水平杆均不缺少 因此该架体构造基本完整 2 由于顶部梁板下的 150mm 150mm 的大木枋均搁置在扣 件钢管顶部的水平杆上 通过顶部支架节点的扣件摩擦力传递 施工荷载 这种支模形式的支架承载力一般由顶部扣件抗滑力 决定 调查结果表明 由于顶部传力双扣件的拧紧力矩不足 导致在混凝土浇筑至接近顶板基本完成时 因直角扣件节点抗 滑力不足而发生支架整体下沉直至缓慢坍塌 2 2 钢管排架顶部立杆伸出水平杆长度过大的坍塌模式 2 2 1 事故概况 北京 西西 工程 4 号地项目中庭为处于地面上 1 5 层的一 个共享空间 由于长 25 2 m 宽 16 8 m 的扣件式钢管高支模架 发生整体坍塌事故 造成施工人员 8 死 21 伤 该厅堂楼盖面积 为 423m 为四周支承于框架梁上的预应力空心楼板 板厚 550mm 折算厚度 376mm 板内预埋 400gbf 管 南侧边 梁 kl17 截面 850 mm 950 mm 北侧边梁 kl22 截面 1 000 mm 1 300 mm 东西两侧边梁 k27 和 k30 均为 600 mm 600 mm 混凝 土总量为 198 6m 基本架体间距 1200 1200mm 步高 1500mm 顶部插可调托 图 3 总支模高度为 21 8 m 插有 可调托的立杆伸出顶层横向水平杆的长度为 1 200 1 500 mm 扫地杆离地 300 500 mm 3 2 2 2 支架坍塌计算分析 按支架实际搭设尺寸建立有限元整体模型 计算支架的整 体稳定性 计算假定如下 1 模板支架结构为三维空间杆系结构 立杆支座与地 面铰接 2 水平杆与立杆之间半刚性连接 节点刚度系数取东 南大学试验测试值 3 忽略偏心作用 立杆顶端受轴心竖向力 p 4 节点刚度在结构失稳前保持不变 不考虑节点偏心 作用 钢管壁厚按实测取 3 0mm 计算 立杆顶层悬臂端长度 1 500 mm 弹性模量为 2 06 105 n mm 钢材为 q235 水平杆 与立杆为半刚性连接 其抗扭转刚度按拧紧力矩 20n m 取为 1 6 107n mm rad 计算模拟结果表明 模板支架由于立杆顶端局部侧移过大 导致支架呈整体失稳破坏形式 其单根立杆稳定极限承载力 pcr 10 9 kn 而按该工程混凝土构件的尺寸 按荷载标准值组 合 立杆轴力 n 1 0 ngk 1 0nqk ngk 和 nqk 分别为恒荷载和 活荷载在立杆中引起的轴力标准值 计算得出楼板下支架单根 立杆 n 板 16 4kn 对比计算机模拟算得的极限承载力 pcr 与实 际支架立杆轴力标准值 说明由于支架顶部立杆伸出水平杆长 度过大导致架体必然失稳破坏 2 2 3 悬臂长度与支模架极限承载力的关系 在其他构造条件与 西西 工程 4 号地项目构造一致的条件 下 分别计算不同悬臂长度下支架整体稳定承载力极限值如表 1 所示 由表 1 可知 对于顶部设置可调托的扣件式钢管支模架 支架顶部承受轴心压力 悬臂长 a 1 5 m 的稳定承载力比悬臂 长度 a 0 3 m 的稳定承载力降低约 37 因此位于支模排架顶 部的立杆伸出水平杆的长度显著影响了支模架的稳定承载力 综上所述 该工程支架发生事故除未设置剪刀撑 扫地杆 高度过大等搭设构造问题外 主要是轴心受压支架体系悬臂长 度过大 最终导致支架整体坍塌 2 3 立杆间每步水平杆单向交错设置的坍塌模式 2 3 1 事故概况 2004 年 9 月 1 日晚 22 时 48 分 江苏南京江宁某工程在浇 筑 2 幢框架楼间 9 13 轴线廊道顶层屋面梁板混凝土时 发生了 模板支架系统整体坍塌的恶性事故 造成作业人员 22 人伤亡 该工程坍塌的结构部分为东西两个教学楼的联络通道顶屋 盖 跨度 16m 楼板厚 100mm 反梁尺寸为 350 mm 1 200 mm 楼面结构自重 213 t 扣件式钢管支模架总高 18 m 搭设 的架体平面基本尺寸为纵横向 1 000 mm 1 000 mm 水平杆步 高 1 800 mm 事故发生后查看现场搭设情况 支架无扫地杆 无剪刀撑 东西向的水平杆每步均设 南北向的水平杆每三跨 每隔两根立杆 设置 如图 3 所示 2 3 2 支架坍塌计算分析 按支架实际搭设尺寸建立有限元模型 计算支架的整体稳 定性 计算假定及有关计算参数同 2 2 2 整体计算模拟表明 模板支架呈整体失稳破坏形式 其单根立杆极限稳定承载力 pcr 6 8 kn 而按该工程浇筑混凝土构件的尺寸 算得 350mm 1200mm 梁下支架立杆轴压力标准值 n 梁 7 5kn 因此 支架设计存在承载力不足的问题 2 3 3 设置双向水平杆与支模架极限承载力的关系 在其他构造条件与本工程一致的条件下 计算得出每步均 设双向水平杆支架整体稳定单根立杆可承受承载力极限值 pcr 10 1 kn 单向每三跨设置水平杆支架整体稳定承载力降低 约 30 经测算该支模系统南北向水平杆仅搭设需用量的 30 造成 50 的立杆仅东西方向受水平杆的约束作用 因此该支模 系统整体坍塌的最直接原因为 由于未设置双向正交水平杆 导致模板支撑系统整体刚度严重不足而造成失稳坍塌 3 避免高大支模架坍塌事故的技术措施避免高大支模架坍塌事故的技术措施 从已发生的扣件式钢管高支模架坍塌事故案例分析看 发 生整体坍塌的支架一般均具有严重的构造缺陷 在目前所用扣 件 钢管质量普遍较差的条件下 分析高大支模架坍塌的原因 提出避免高大支模架坍塌事故的技术措施具有重要的意义 1 对于钢管排架顶部水平杆传力支模模式 避免支架 坍塌的一个关键是验算顶部扣件抗滑移承载力是否满足要求 同时施工现场