可調式鋼管抗壓強度

洪順天  技師

模板結構最重要的構件是可調式鋼管支撐。依據CNS5644，可調式鋼管由上下管組成。下管直徑 6.05cmψ(厚2.3mm)，長160cm，上管直徑 4.86cmψ(厚2.5mm)，長度可調整。 上下管以調整螺紋及插銷連接。

鋼管支撐的長度依模板高度而定，鋼管支撐的承載力可以上下兩段合成桿計算。支撑兩端的固定模式對其強度有很大的影響，平壓較強，刀口壓較弱。一般而言，兩端無法都達到平壓的效果，因此支撐強度在平壓與刀口壓強度兩者之間。本計算採取比較保守的方式，探用合成桿刀口壓強度。

在“Buckling analysis of non-prismatic columns based on modified vibration modes”by A.R. Rahai, S. Kazemi， ScienceDirect，22 Dec 2006 有類似可調式鋼管在刀口壓下挫曲強度的理論及試驗強度，其數據顯示在Table 3，page.11/15。 與可調式鋼管不同的是兩段不同斷面是實体相連，兩端是刀口壓而非部份平壓。依據該理論及試驗數據，主筆導引出一個簡單的公式:

Pcr=Pcrb*ξ² +Pcrt(1-ξ²)

Pall=Pcr*12/23

Where

Pcr=可調式鋼管挫曲強度

Pall=可調式鋼管允許抗壓強度

L=可調式鋼管總長，,cm

Pcrb=下管斷面總長(假設)挫曲強度=π²EI_b/L²

Pcrt=上管斷面總長(假設)挫曲強度=π²EI_t/L²

E=鋼材彈性係數=2,100,000 kg/cm²

Ib=下管斷面慣性矩=17.8 cm⁴

It=上管斷面慣性矩=9.65 cm⁴

ξ=下桿長度/總長度=160cm/L

本公式的計算值與該篇論文的理論分析與試驗數據比較如表1。

表1 本公式的計算值與該篇論文的理論分析與試驗數據比較

本公式計算值與理論值非常接近，與實驗值亦相差不大。

在“建築工程模板支撐穩定性及安全設計規範之探討”林禎中、顏聰，勞動部勞動及職業安全衛生研究所於民國103年3月發表了一系列可調式鋼管抗壓試驗，其實驗數據與本公式計算值比較如表2。

表2  實驗數據與本公式計算值比較表

根據本比照表，可作下列的觀察/結論：

1.4m長以下的鋼管破壞模式是插銷撓曲而非鋼管挫曲，插銷撓曲強度大約是3,000kg。提高插銷強度是增加鋼管抗壓能力唯一的方法。不過實際設計鋼管支撐的載重應該不會超過1,565kg。唯一要注意的是不要用3分鋼筋取代插銷。

2.在做結構分析時建議採用計算值或1,565kg兩者中的較小值，是較保守的作法。

3.在鋼管長度2.9m及以下，計算值與破壞值都是約3,000kg，採用允許值1565kg，安全係數1.92。

4.當鋼管長度從2.9m增加至3.5m以上，安全係數從1.92增加至3左右。增加的安全係數可能是來自刀口壓與實際兩端接觸面的差異。

5.長跨距水平試驗下垂嚴重，其結果可能無法代表垂直試驗的結果，不宜採用。