早拆头承载力分析与实验研究

摘要：本文主要应用力学分析方法（理论计算、ANSYS数值模拟、实验验证）对早拆头进行承载力分析，验证早拆头的承载力和稳定性均能满足实际工程要求，从而为批量生产早拆头投入现场施工提供理论依据，对架体工程的技术进步、加快施工速度、提高劳动生产率、降低工程成本及实现文明施工都有着十分重要的意义。

关键词：早拆头；承载力分析；ANSYS模拟；承载力实验

一、早拆头结构设计

1.1早拆技术的理论基础

早拆技术的基本方法有两点：一是变长跨承重为短跨承重，二是支柱和模板系统分别拆除【1】。其中，先拆除模板系统，支柱继续支撑未达规定强度的混凝土，支柱间距保持较密。由于增加支点使楼板处于短跨受力状态，当长跨受力变为短跨受力后，混凝土的弯曲内力相应降低，混凝土拆模时的强度可以降低，达到一定的养护强度。也就是说，当混泥土达到一定的养护强度，这时就可以拆除模板。仅留下支柱及梁的底板。当混凝土强度增长到足以在全跨（长跨）条件下支撑自重和施工荷载时，也就是达到相应的设计强度，可以把支柱拆除。在标准层施工时，上下楼层的模板支撑基本上可对齐。施工荷裁可以安全地通过支柱向下传递。这样处理，既可提前拆除模板，又满足拆模的强度要求。【2】早拆头的设计基于这种“早拆模板，晚拆柱头”的思想【3】【4】，从立杆支柱柱头着手，在背楞与立杆之间加入早拆头，从而实现模板早拆。

1.2早拆头的设计

（a）设计平面模型图（b）设计三维效果图

①至⑥分别是可调上螺杆，可调外套筒，承重销，中间钢管，可调下螺杆棒，可调环

图2.1早拆头设计图

如图2.1所示，基于先拆模板再拆柱的思想，早拆头必须满足两个方面条件：浇筑混凝土后一定时间内先拆除模板，保留立柱；再过一段时间拆除立柱。所以，拆模前，可调外套筒、承重销、上下螺杆、中间钢管等受轴向力；拆模后，外套筒和承重销不受力。

1.3早拆件的工作原理

早拆头的构造原理：中心钢管为整个早拆头的主体，可调上螺纹上接铁板直接与背楞接触，可以通过螺纹的调整，使得上铁板能与模板处于同一水平面；可调下螺纹与支柱立杆对接，通过可调环的上下移动，使得整个模板体系处于同一水平面。也就是说，早拆头的设计可以在上下可调螺纹处调整模板与立柱的高度，增加了自由端的可调性。支模时，利用可调套筒固定在承重销上。拆模时，只要用一把铁锤敲击套筒销，使套筒开口与承重销错位，就可以达到早拆模板的目的，等混凝土达到一定强度之前，再将早拆头和立杆拆除。

二、早拆头的计算书

2.1部件材料选择

2.2标准件受力情况分析

2.2.1相关规范荷载标准值

①模板及支架自重标准值：0.3

②新浇砼自重标准值：25 KN/

③钢筋框架自重标准值：1.5 KN/ 楼板：1.1 KN/

④施工人员及设备荷载标准值

a、模板及支承模板的小楞 取2.5

b、支承小楞的大楞 1.5

⑤振捣砼时产生的荷载标准值

a、水平面模板采用2.0 b、垂直模板采用4.0 。【5】

2.2.2.荷载设计值

计算模板及其支架的荷载设计值，应为荷载值乘以相应的荷载分项系数。模板及支架的荷载分项系数如下：

（3）荷载折减系数：

对木模板及其支架的设计，其荷载设计值可除以1.5的系数予以折减。

2.3承载部件设计与校核

由设计模型可知，早拆头的受力形式主要有两种：拆模前的承重销受力和拆模后的中间钢管和螺杆接触处受力。所以这两个部位是整个早拆头的关键部位。必须对其进行极限工况计算。

2.3.1对承重销受力分析

承重销的承载力分析：

承重销受到可调套筒的竖直向下压力P。承重销主要受力形式为剪切。目前有关标准规定，脚手架横杆的间距最大为1.2m。砼的厚度堆放不得大于0.4m。

验算承载能力时力的组合：

G=0.9（[1]+[2]+[3]}×1.2+[4]×1.4）=18.423

P为轴向承载力；对支撑部位取正方形计算，组合面积为1.44，所以P取26.54KN。

承重销的两端均无约束，中间支撑，所以取对称计算，相当于一端固定，另一端自由。钢筋为实心轴。圆轴扭转在小变形条件下，外径为D，内径为d，取任意点到圆心距离为 ，根据材料力学知识：知其截面极惯性矩为：

抗扭截面系数为：

最大切应力为 ，

式中T为钢筋受到的剪切力，由于取对称计算，所以取

当 =170MPa时，承重销能承受的最大载荷为F=76.8KN。

由76.8KN>26.54KN，承重销满足实际工况抗剪要求。

2.3.2中间钢管和螺杆接触处受力

对连接处进行抗压载荷计算：

钢管和螺杆接触处受力主要由放置中间的钢板施加的。由于螺杆的外径小于钢管的内径，所以受力形式为中间钢板轴向受压。压力主要是轴的压力。由此可知钢板受到的压力为：

P为轴向承载力；

为钢板受到的轴向应力；

A为钢管的横截面积；

=424 ；

当 =205（MPa）

轴向接触处最大轴向载荷为：F=86.9KN。

由于86.9KN>26.54KN，所以连接板满足实际工况抗压要求。

对连接处进行抗弯载荷计算：

如图2.4所示：中间连接处为铁板。由抗弯互补定力可知，固定钢管对圆铁板产生的弯应力大小等于下端螺杆棒对圆铁板产生的弯应力，所以简化模型为：圆铁板四周固定，中间施加垂直于面的力F。