插销式钢管支架的结构可靠性分析176.docx

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1、插销式钢钢管支架架的结构可可靠性分析析林伊宁宁(广西西建设工工程质量量安全监监督总站站)摘要插销在承承插口中中不能自自锁。关键词词水平平动内力力 正压压力 力力偶 冲冲击效应应 自锁锁 引引言近年来，我我国从国国外引进进了不少少新型的的钢管支支架，插插销式钢钢管支架架就是其其中的一一种。但但此种支支架的结结构可靠靠性备受受争议，争争议的焦焦点是其其插销在在承插口口中能否否自锁。综综观几年年来的争争论，正正反双方方均未分分析插销销的受力力状况，所所以尽管管争论声声很高，但但却是谁谁也说不不服谁。插销能否自锁，关键问题是它的受力状况。本文抓住这一关键点，分析插销式支架的结构可靠性，以期找到令人信服

2、的答案。支架中存存在巨大大的水平平动内力力，这种种水平动动内力可可以使支支架解体体(泵送混混凝土、风风力、推推车、人人走动等等水平动动荷载，以以及立杆杆旁的一一侧在捣捣制混凝凝土而另另一侧无无荷载所所引起的的竖向动动荷载偏偏心或立立杆倾斜斜所引起起的竖向向荷载偏偏心，均均会使架架体产生生水平动动内力)。本文文以支架架中存在在水平动动内力为为前提条条件，对对插销能能否自锁锁进行受受力分析析。1. 插销式钢钢管支架架的节点点构造插销式钢钢管支架架的节点点相片见图图1，节点的的构造示示意图见见图2，插销与与承插口口的接触触情况见见图3。请注意，因因为承插插口是铅铅直的，而而插销有有一个面面是倾斜斜的

3、，当当插销被打打入承插插口时，无无论打得得如何紧紧，插销销的倾斜斜面上仅仅有一点点可以与与水平杆杆承插口口接触。在在没有水水平力作作用的情情况下，这这一接触触点就是是图3中中的1点点。图1 插插销式钢钢管支架架的节点点构造相相片 图2 插销式式钢管支支架节点点构造示示意图图3 插插销与承承插口的的接触情情况示意意图2. 插销的受受力情况况插销的自自重与其其所受的的正压力力相比微微乎其微微，可忽忽略不计计。支架架顶部存存在巨大大的水平平动内力力(忽拉拉忽压)，这些些水平动动内力是是立杆加加到水平平杆上的的，所以以必然通通过节点点传递，而而节点的的传力中中心就是是插销。下面分析插销的受力情况。2.

4、1 当支架架的动内内力为拉拉力时，插插销被旋旋转上推推。考察当支支架的动动内力为为水平拉拉力时的的情况。此时图3中立杆承插口上的2点向插销的倾斜面施加正压力N(N沿插销倾斜面与立杆承插口2点的公法线传递，插销倾斜面的法线与倾斜面垂直，承插口上2点的法线为任意方向，所以插销倾斜面与承插口2点的公法线就是与倾斜面相垂直并通过2点的法线。另外，2点是点接触，摩擦力忽略不计)，同时，水平杆承插口向插销施加正压力R1与R2以及摩擦力f1与f2。插销的受力情况如图4所示。图4 支支架中的的动内力力为拉力力时插销销的受力力情况示示意图把N分解解为水平平分力NNx和竖向向分力NNy。可见见Nx和 (R1+R2

5、)构成成水平方方向上的的暂时平平衡，而而Ny与(f1+ f2)所构成成的力偶偶先使插销销旋转，继而Ny则将插销上推（一经旋转，摩擦力便消失）。所以，当支架的动内力为拉力时，插销被旋转上推。2.2 当支架架的动内内力为压压力时，插插销还是是被旋转转上推。再考察当当支架的的动内力力为水平平压力时时情况。此此时图33中水平平杆承插插口上的1点点向插销销的倾斜斜面施加加正压力力N，同时时，立杆杆承插口口的5点点向插销销施加正正压力RR，因为为都是点点接触，摩摩擦力忽忽略。插插销的受受力情况况如图55所示。把N分解为Nx和Ny，Nx与R构成的力偶使插销旋转，而Ny则将插销上推。所以，当支架的动内力为压力

6、时，插销还是被旋转上推。图5 支支架中的的动内力力为压力时插插销的受受力情况况示意图图3. 支架动内内力在插插销上的的冲击效效应首先被被震松的的是插紧紧的插销销在动荷载载作用下下，支架架架顶会会晃动，架架体内会会产生动动内力。本本节研究究动内力力在插销销上的冲冲击效应应。如前所述述，插销销与杆件件之间相相互作用用的力有有倾斜的的正压力力和力偶偶(暂且且称为“广义力力”)，受受力情况况复杂，不不便于研研究。现现假设插插销的两两个受力力面均为为铅直面面，所受受正压力力为水平平力，我我们研究究此简单单的受力力模式。并并且设：水平杆杆的质量量为m，架顶顶晃动时时水平杆杆沿x轴作水水平运动动，加速速度为

7、aa，速度度为，其运动动受到插插销的阻阻挡(冲冲击)，插插销对水水平杆的的作用力力为F。水平平杆的运运动和受受力情况况如图66所示。图6 水水平杆的的运动和和受力情情况示意意图水平杆的的运动情情况可用用质点系系运动基基本方程程表达：设水平杆杆冲击插插销之前前的初速速度为0，冲击击结束的的末速度度为1，冲击击开始的的瞬时为为t0，冲击结结束的瞬瞬时为tt1，冲击时时段内FF的大小小和方向向均不变变，以此此条件对对上式作作积分，得得：F(t11-t0)=m(1-0)这就是质质点系沿沿x轴运动动的动量量定理表表达式，也也是水平平杆受冲冲击力作作用的冲冲量表达达式。令t=t1-t0为冲击击时长，上上式

8、可写写为：(1)式中的FF为插销销对水平平杆的作作用力，也是水平杆对插销的冲击力。在架顶晃动时，架顶上同方向排列的水平杆的1-0是相同的，但各节点上的冲击时长t并不相同，原因是各节点插销插入承插口尽管总有空隙，但插入的松紧程度是不同的，于是由式(1)可得知：插销插得得越紧，冲冲击时长长越短，冲冲击力FF越大；插销插插得越松松，冲击击时长越越长，冲冲击力FF越小。本节是以以简单的的水平冲冲击力模模式来研研究的，实实际的冲冲击力是是前述的的广义冲冲击力(倾斜正正压力和和力偶)。插销销插得越越紧，它它所受到到的广义冲击击力越大大，越猛猛烈地被被旋转上上推推离离承插口口。所以以，首先先被震松松的是插插

9、紧的插插销，这这就是支支架动内内力在插插销上的的冲击效效应。在动荷载载作用下下，插销销是无法法插紧的的。这就就是支架架使用现现场总会会有人用用锤子不不断敲紧紧插销的的原因。4. 关于插销销在承插插口中能能自锁说说法的正正误有人认为为，只要要想办法法将承插插口的铅铅直面改改为与插插销一致致的倾斜斜面，并并令倾角角小于或或等于自自锁角(如图77所示)，插销销便能在在承插口口中自锁锁。图7 插插销自锁锁设想示示意图按图7所所设想的的承插口口和插销销存在以以下问题题：(1) 承插口和和插销的的加工工工艺是铸铸造或切切割(有有些品牌牌的插销销稍加打打磨)，不不是机加加工。工工艺极其其粗糙，公公差很大大(

10、正因因为公差差大，在在工地上上才能装装配，否否则连装装配都不不可能)。(2) 铸造工艺艺下，立杆承承插口倾倾斜面的的倾角与与水平杆杆承插口口倾斜面面的倾角不可能能一致甚甚至相差差很大。(3) 插销承受受巨大的的水平冲冲击力，插插销的受受力面被被冲击变变形。(4) 昼夜有温温差，材材料热胀胀冷缩。以上4个个问题的的存在，使使得插销销与承插插口之间间不可能密密合，总总有空隙隙存在。在强大的冲击力之下，插销还是如前面所分析的一样，被反复旋转上推，只是速度较前面介绍的点接触时慢一些而已。只要插销销存在倾倾斜面，插销与承插口之间存在空隙，插销被旋转上推的因素便不能消除，所以关于插销和承插口的倾角小于自锁

11、角便能自锁的说法是没有依据的。当然，如果图3中插销的两个受力面均做成铅直面，并且插销插下之后用能固结的硫磺胶泥之类的填料填满空隙，插销就能自锁。但这已经不是插销式支架的插销了。现在的插销式支架能装拆方便，省时省力，靠的就是插销有倾斜面和承插口有空隙这两个前提条件。5. 结论在插销式式支架中中，只要要存在动动荷载，插插销便会会受到动动内力的的冲击，在在冲击过过程中插插销被反反复旋转转上推，无无法自锁锁。其力学学本质是是，作用用在插销销上的力力构成一一个不平平衡力系系，插销销在不平平衡力系系的推动动下产生生加速度度。插销式支支架的结结构构造造不可靠靠，存在在节点受受动力破破坏引发发塌架的的先天性性

12、缺陷。有人工作作的场所所就有动动荷载，插插销式支支架不应应用作上上人的支支架，也也不应用用作有其其他动荷荷载作用用的支架架。6. 结束语对于本文文的观点点，插销销式支架架的推崇崇者未必必认可，他他们会坚坚称插销销式支架架是先进进的，值值得推广广的，并可可逐步代代替传统统的扣件件式支架架。当问问及理由由时，他他们会说说，发达达国家用用得很普普遍。此此话不但但不妥，并并且还言言过其实实，据调调查，发发达国家家并未普普遍采用用插销式式钢管支支架。在水果种种植行业业中，果果农常遇遇到一件件麻烦事事，每年年冬天，果果园中均均有一部部分果树树因遭受受天牛幼幼虫啃食食根部而枯枯死。农农业科技技领先的的美国人

13、人发明了了一种名名为呋喃喃丹的农农药并在在全美普普遍施用用，只要要把它埋埋入树根根，3年年之内，害害虫啃树树则死，所所以，每每埋一次次药，可可保果树树3年。于于是中国国将此先先进技术术引入国国内。后后来美国国人研究究发现，呋呋喃丹是是强烈的的致癌物物质( 这是显显而易见见的，33年之内内，虫啃啃了树根会死，人人吃了树树上的果果会健康康？这还还用得着着研究？)，于于是美国国封杀呋呋喃丹，中中国紧跟跟着也封封杀呋喃喃丹。这这个例子子说明，发发达国家家普遍推推广的东东西未必必就是好好的(类类似的例例子在医医药界里里更多)。所以，发发达国家家有人使使用并不不是插销销式支架架技术领领先的理理由。请请不要说说曾做过过多少次次试验，现现在拥有有多少能能证明插插销式支支架结构构可靠的的数据。现现场使用用就是最最真实的的试验，现现场使用用中如果果没有专专人不断断用锤子子敲紧插插销，插插销式支支架根本本不能使使用，这这还需要要试验数数据吗？所以，说插销销式支架架好的人人们，请请你们拿拿出理论论依据来来。二一年四月三三十日9