论文部分内容阅读
摘 要：随着我国社会经济快速发展，目前我国大中型城市高层和超高层建筑数量逐渐增多，传统施工技术与设备已经无法满足施工要求，附着式升降作业安全防护平台应运而生，全钢防护平台受外界环境因素的影响，易生锈腐蚀，直接影响到架体安全。而铝合金作为一种新兴的优质材料，具有重量轻、耐腐蚀、易加工、强度高等优点，同时具有周转快、承载性能优、安拆便捷、安全性高的综合优势，其在铝合金防护平台上的应用非常值得研究。
关键词：铝合金;附着式升降作业安全防护平台;铝合金防护平台
引言
防护平台作为工程施工过程中一项的施工工具，近年来随着建筑业发展，防护平台的种类及形式越来越成熟，其中以全钢脚手架一类的运用最为广泛，发展最为迅速。全钢脚手架的主体结构材料为普通钢材，由于现场作业环境影响，钢材存在生锈腐蚀老化等现象，整体回收价值低，也不符合国家建筑工程绿色、可持续发展政策。铝合金作为一种新兴的优质材料，在高层建筑结构施工中，得到了广泛的关注和大量的使用，如铝合金模板工程。随着建筑结构工程要求的提高、新型材料的研究和整体技术的进步，安全防护平台将朝着轻量化、安全化、绿色经济化的方向发展，铝合金在安全防护平台中的应用将越来约广泛。本文在全钢附着式升降作业安全防护平台的使用基础上，对铝合金材料及构件在防护平台的使用进行研究。
1 铝合金材料的优缺点
1.1 铝合金的优点
1.1.1 自重轻：铝合金的密度为2.7g/cm3，钢材的密度为7.8g/cm3，铝合金的密度与钢比较只占其1/3左右。
1.1.2 力学性能好：在铝中添加一些合金元素后，铝合金具有非常良好的力学性能，同钢材相比较它具有更低的密度，可以得到更好的塑造性与力学性能。
1.1.3 耐腐蚀性强：铝合金长时间暴露在大气中能够及时的在表面形成一种自我保护的氧化膜，该氧化膜则对铝合金的表面起到了非常良好的固定和保护作用，避免其在进一步氧化的同时，增强其耐腐蚀性能。
1.1.4 易加工：添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金。
1.1.5 可循环利用：铝合金材料具有易回收、二次翻新处理成本低、重复利用率高，剩余残值价值高、利于环境保护。
1.2 铝合金的缺点
1.2.1 焊接性能差：铝合金材料在焊接后，在热影响区域内材料强度有较大的折减，因此焊接性能相对较差。
1.2.2 稳定性较差：由于铝合金相对钢材的压杆稳定性较差，铝合金材料不适于应用于受压杆件和刚性连接构件。
1.2.3 挠度变形大：铝合金材质轻、延展性好，铝合金的弹性模量约为钢材的三分之一，因此在和钢材承受相同荷载的情况下，铝合金结构的变形大。
2 铝合金材料在防护平台中的应用分析
铝合金易挤压成型是其在加工方面优于钢材最主要的优点。一次挤压成型可以产出热轧和焊接所不能获得的复杂截面特性的型材，可以使得构件截面的结构和特性更加合理。根据铝合金的特点，铝合金材料适用于防护平台的立杆、脚手板、导轨、框式钢网片防护网、附墙支座等构件。
2.1 立杆
根据不同厂家的设计结构及需求可以挤压成不同截面，例如：40*80mm、30*60mm等方管截面，如图1，立杆带网片连接板、立杆带水平桁架连接板等带使用功能的截面，然后进行孔径成型。立杆采用铝合金材料規格为6061-T6，其具有中等强度、可焊接性、抗腐蚀性、氧化效果较好等物理特性，在架体立杆处使用可满足性能需要和现场施工要求。其力学性能数据与Q235对比如下表1：
通过模拟分析，对架体立杆的受力情况进行数学建模和受力分析，分析结果如图2：
由结果可知，立杆施工情况下最大应力为57.5Mpa<265Mpa（材料许用应力），所以铝合金材质的立杆可以满足现场施工的强度要求。
2.2脚手板
脚手板根据设计要求直接挤压成成品截面，型材按尺寸要求进行切割，侧肋冲孔，端板焊接后即可成型。脚手板与立杆使用材质相同，同样为6061-T6，如图3、图4为铝合金脚手板效果图。
按照防护平台行业标准脚手板荷载要求，对铝合金材质脚手板进行受理分析，分析结果如图6：
根据桁架结构（GB 50017-2003）要求允许挠度λ=L/400，由结果可知脚手板实际变形量为2.9mm远未超出规范允许值，分析结果满足受力要求。
2.3导轨
导轨是将架体的载荷传递给结构主体的主要受力构件。对导轨的工作原理和安装方法进行了全面的分析和总结，经过多次优化设计，摆脱了钢导轨的传统设计思想和制造方法，研制出新型铝合金导轨，如图7为铝合金导轨效果图，通过整体挤压成型，经冲孔、锯切即可投入使用。导轨材料同样建议使用6061-T6。
通过模拟导轨的受力情况进行数学建模进行受力分析，分析结果如图8：
由结果可知，导轨施工情况下最大应力为142.6Mpa<265Mpa（材料许用应力），所以铝合金材质的导轨可以满足现场施工的强度要求。
2.4附墙支座
附墙支座主体结构为铝合金。在铝合金附墙支座的结构设计中，在满足结构应力计算要求的前提下，通过优化结构截面，增加两个竖向钢筋空腔，提高竖向钢筋的抗弯强度，减轻整体重量。墙架主体结构件挤压后，可按标准长度切割，用自动设备冲孔钻孔，然后进行装配。铝合金材质附墙支座相比碳钢材质附墙支座中粮减轻30%-50%，且安装拆卸强度均能符合要求。附墙支座建议采用6005A-T6，其力学性能为：屈服强度为240Mpa，抗拉强度为260Mpa。
3 铝合金防护平台的优势 根据防护平台的功能使用要求以及国家政策要求，铝合金材料在防护平台上的应用具有以下优势：
3.1 由于铝合金材料的良好抗腐蚀性能，可减少防腐延长使用周期降低维护费用，减少成本;
3.2 易回收，残值高，循环利用率高，有力与环保;
3.3 铝合金材料的重量仅为钢材的1/3，组装过程中能大幅降低了工人劳动强度，提高施工效率。组装后整体重量轻，能有效降低能耗，降低使用成本;
3.4 轻便，利于运输、安拆、维修，二次使用不需重復喷涂的一种理想绿色环保建材，可以很好的符合建筑业可持续发展的要求;
3.5 铝合金初始成本较钢材明显高，以普通钢管和铝合金管比较，铝合金的价格是普通钢材的3倍左右。但考虑到周转使用次数增多、劳动强度降低、施工效率提升、回收残值高等原因，具有综合优势。
4 结论
本文结合铝合金材料的特点对其应用于防护平台的情况进行了综合分析，对比了铝合金材料用于防护平台相对于传统钢材脚手架的优点。通过受力模拟分析了铝合金在架体立杆、脚手板、导轨和附墙支座构件的使用可能性，并同钢构件对比了数据分析，结果验证了铝合金在防护平台上使用的整体优势。
随着建筑领域综合要求的提升，技术的不断发展，行业对结构材料的使用要求也逐步提高。在安全作业的基础上，以提高和优化铝合金结构材料的使用性能为目标，同时兼顾施工便捷、材料加工和周转的综合成本控制，铝合金结构材料在附着式升降防护平台的应用将会是一个大趋势。
参考文献：
[1]胡其高，雷灿波，申柳雷，谭清华，张凡榛. 新型铝合金脚手架探索研究[C].第23届全国结构工程学术会议.
[2]钟文辉.铝合金材料在附着式升降脚手架中的应用分析[J].建设科技，2020（22）
[3]冉文君.铝合金材料的应用及其加工成形技术[J].冶金与材料，2020，40（3）：73-74.
[4]刘学成，姜玉楷，尚厚延.铝合金-钢组合式附着升降脚手架导轨与附墙支座的创新研究[J].建设科技，2020（22）
[5]常亮. 铝合金在建筑结构中的应用与研究[J].城市建设理论研究：电子版， 2013， 000（020）：1-5.
关键词：铝合金;附着式升降作业安全防护平台;铝合金防护平台
引言
防护平台作为工程施工过程中一项的施工工具，近年来随着建筑业发展，防护平台的种类及形式越来越成熟，其中以全钢脚手架一类的运用最为广泛，发展最为迅速。全钢脚手架的主体结构材料为普通钢材，由于现场作业环境影响，钢材存在生锈腐蚀老化等现象，整体回收价值低，也不符合国家建筑工程绿色、可持续发展政策。铝合金作为一种新兴的优质材料，在高层建筑结构施工中，得到了广泛的关注和大量的使用，如铝合金模板工程。随着建筑结构工程要求的提高、新型材料的研究和整体技术的进步，安全防护平台将朝着轻量化、安全化、绿色经济化的方向发展，铝合金在安全防护平台中的应用将越来约广泛。本文在全钢附着式升降作业安全防护平台的使用基础上，对铝合金材料及构件在防护平台的使用进行研究。
1 铝合金材料的优缺点
1.1 铝合金的优点
1.1.1 自重轻：铝合金的密度为2.7g/cm3，钢材的密度为7.8g/cm3，铝合金的密度与钢比较只占其1/3左右。
1.1.2 力学性能好：在铝中添加一些合金元素后，铝合金具有非常良好的力学性能，同钢材相比较它具有更低的密度，可以得到更好的塑造性与力学性能。
1.1.3 耐腐蚀性强：铝合金长时间暴露在大气中能够及时的在表面形成一种自我保护的氧化膜，该氧化膜则对铝合金的表面起到了非常良好的固定和保护作用，避免其在进一步氧化的同时，增强其耐腐蚀性能。
1.1.4 易加工：添加一定的合金元素后，可获得良好铸造性能的铸造铝合金或加工塑性好的变形铝合金。
1.1.5 可循环利用：铝合金材料具有易回收、二次翻新处理成本低、重复利用率高，剩余残值价值高、利于环境保护。
1.2 铝合金的缺点
1.2.1 焊接性能差：铝合金材料在焊接后，在热影响区域内材料强度有较大的折减，因此焊接性能相对较差。
1.2.2 稳定性较差：由于铝合金相对钢材的压杆稳定性较差，铝合金材料不适于应用于受压杆件和刚性连接构件。
1.2.3 挠度变形大：铝合金材质轻、延展性好，铝合金的弹性模量约为钢材的三分之一，因此在和钢材承受相同荷载的情况下，铝合金结构的变形大。
2 铝合金材料在防护平台中的应用分析
铝合金易挤压成型是其在加工方面优于钢材最主要的优点。一次挤压成型可以产出热轧和焊接所不能获得的复杂截面特性的型材，可以使得构件截面的结构和特性更加合理。根据铝合金的特点，铝合金材料适用于防护平台的立杆、脚手板、导轨、框式钢网片防护网、附墙支座等构件。
2.1 立杆
根据不同厂家的设计结构及需求可以挤压成不同截面，例如：40*80mm、30*60mm等方管截面，如图1，立杆带网片连接板、立杆带水平桁架连接板等带使用功能的截面，然后进行孔径成型。立杆采用铝合金材料規格为6061-T6，其具有中等强度、可焊接性、抗腐蚀性、氧化效果较好等物理特性，在架体立杆处使用可满足性能需要和现场施工要求。其力学性能数据与Q235对比如下表1：
通过模拟分析，对架体立杆的受力情况进行数学建模和受力分析，分析结果如图2：
由结果可知，立杆施工情况下最大应力为57.5Mpa<265Mpa（材料许用应力），所以铝合金材质的立杆可以满足现场施工的强度要求。
2.2脚手板
脚手板根据设计要求直接挤压成成品截面，型材按尺寸要求进行切割，侧肋冲孔，端板焊接后即可成型。脚手板与立杆使用材质相同，同样为6061-T6，如图3、图4为铝合金脚手板效果图。
按照防护平台行业标准脚手板荷载要求，对铝合金材质脚手板进行受理分析，分析结果如图6：
根据桁架结构（GB 50017-2003）要求允许挠度λ=L/400，由结果可知脚手板实际变形量为2.9mm远未超出规范允许值，分析结果满足受力要求。
2.3导轨
导轨是将架体的载荷传递给结构主体的主要受力构件。对导轨的工作原理和安装方法进行了全面的分析和总结，经过多次优化设计，摆脱了钢导轨的传统设计思想和制造方法，研制出新型铝合金导轨，如图7为铝合金导轨效果图，通过整体挤压成型，经冲孔、锯切即可投入使用。导轨材料同样建议使用6061-T6。
通过模拟导轨的受力情况进行数学建模进行受力分析，分析结果如图8：
由结果可知，导轨施工情况下最大应力为142.6Mpa<265Mpa（材料许用应力），所以铝合金材质的导轨可以满足现场施工的强度要求。
2.4附墙支座
附墙支座主体结构为铝合金。在铝合金附墙支座的结构设计中，在满足结构应力计算要求的前提下，通过优化结构截面，增加两个竖向钢筋空腔，提高竖向钢筋的抗弯强度，减轻整体重量。墙架主体结构件挤压后，可按标准长度切割，用自动设备冲孔钻孔，然后进行装配。铝合金材质附墙支座相比碳钢材质附墙支座中粮减轻30%-50%，且安装拆卸强度均能符合要求。附墙支座建议采用6005A-T6，其力学性能为：屈服强度为240Mpa，抗拉强度为260Mpa。
3 铝合金防护平台的优势 根据防护平台的功能使用要求以及国家政策要求，铝合金材料在防护平台上的应用具有以下优势：
3.1 由于铝合金材料的良好抗腐蚀性能，可减少防腐延长使用周期降低维护费用，减少成本;
3.2 易回收，残值高，循环利用率高，有力与环保;
3.3 铝合金材料的重量仅为钢材的1/3，组装过程中能大幅降低了工人劳动强度，提高施工效率。组装后整体重量轻，能有效降低能耗，降低使用成本;
3.4 轻便，利于运输、安拆、维修，二次使用不需重復喷涂的一种理想绿色环保建材，可以很好的符合建筑业可持续发展的要求;
3.5 铝合金初始成本较钢材明显高，以普通钢管和铝合金管比较，铝合金的价格是普通钢材的3倍左右。但考虑到周转使用次数增多、劳动强度降低、施工效率提升、回收残值高等原因，具有综合优势。
4 结论
本文结合铝合金材料的特点对其应用于防护平台的情况进行了综合分析，对比了铝合金材料用于防护平台相对于传统钢材脚手架的优点。通过受力模拟分析了铝合金在架体立杆、脚手板、导轨和附墙支座构件的使用可能性，并同钢构件对比了数据分析，结果验证了铝合金在防护平台上使用的整体优势。
随着建筑领域综合要求的提升，技术的不断发展，行业对结构材料的使用要求也逐步提高。在安全作业的基础上，以提高和优化铝合金结构材料的使用性能为目标，同时兼顾施工便捷、材料加工和周转的综合成本控制，铝合金结构材料在附着式升降防护平台的应用将会是一个大趋势。
参考文献：
[1]胡其高，雷灿波，申柳雷，谭清华，张凡榛. 新型铝合金脚手架探索研究[C].第23届全国结构工程学术会议.
[2]钟文辉.铝合金材料在附着式升降脚手架中的应用分析[J].建设科技，2020（22）
[3]冉文君.铝合金材料的应用及其加工成形技术[J].冶金与材料，2020，40（3）：73-74.
[4]刘学成，姜玉楷，尚厚延.铝合金-钢组合式附着升降脚手架导轨与附墙支座的创新研究[J].建设科技，2020（22）
[5]常亮. 铝合金在建筑结构中的应用与研究[J].城市建设理论研究：电子版， 2013， 000（020）：1-5.