基建狂魔背后的隐患：脚手架坍塌事故频发，调直机能否解决问题？
wujiai
|脚手架倒塌事故
01.脚手架钢管调直机
脚手架行业里有一种奇特的机器叫“脚手架钢管调直除锈喷漆一体机”，它的作用就是将弯曲变形的脚手架钢管调直，以便再次使用。因为施工要求对脚手架钢管的直线度有明确的规定，所以这种机器就应运而生了。
脚手架钢管调直机
这种调直机现在在脚手架租赁圈很流行，很多租赁站为了节省成本，就用它来“修复”各种弯曲的管道。由于它还带有上漆功能，只要你愿意，调直后的钢管就能焕然一新。
我国每年生产脚手架钢管近1000万吨，存量达数千万吨，有关专家在《我国建筑施工脚手架倒塌事故分析》中指出，劣质、超用、不合格钢管占80%以上，扣件总量达10亿～12亿只，其中约90%为不合格产品。
搜狐网·建筑安全·分享文章《应建立脚手架质量安全追溯体系》
虽然网上有不少人对这款调直机提出质疑，呼吁监管部门查处，但目前这款调直机销量依然不错，主要销往脚手架租赁站。
使用直管钢管搭设脚手架存在很大的安全隐患，这是任何有力学或材料学常识的人都必须明白的。我知道我的话微不足道，在这里说的话也改变不了什么。本文只是想通过数值模拟得出的结论来支持这些有良心的质疑声音。
02.矫直机的原理
脚手架钢管矫直机又叫双曲线滚轮矫直机，最早是由苏联人设计的，滚轮为双曲线旋转体，在轴线角度合适的条件下，理论上可以与钢管完美贴合，通过几组成对滚轮的滚压，使弯管产生塑性变形，被“扭”成直管。
双曲滚子原理
在一些对管道直线度要求较高的行业，可以采用双曲线辊式矫直机来解决管道生产过程中产生的轻微弯曲问题，比如一些石油、天然气管道的生产就需要用到它或者其他更先进的矫直机，因为直线度会直接影响到管夹的加工对接，以及管道在工作状态下的变形情况。
双曲辊矫直机
在实际矫直过程中，双曲面辊与钢管接触的地方是辊的中部和两端。有的机器，每个辊都能绕着自己的轴线旋转。这种矫直方式精度高，成本相对较高。有的机器，所有辊同时绕着共同的轴线旋转。这种矫直方式精度较差，价格较便宜。这是脚手架钢管矫直机上采用的。
双曲辊矫直机的两种类型
“USim”公众号早期提供的案例中，有一个与双曲线相关的案例，其inp文件可以在公众号菜单栏的“福利区”中找到下载。
棉签的包络线是双曲旋转立体
由于双曲旋转结构的一些特殊性质，在很多现代建筑或者工业冷却塔中也能看到它的影子，有机会我会详细介绍这方面的内容。
双曲旋转体结构
03.钢管矫直数值模拟与虚拟试验
脚手架钢管材质为Q235钢，材料描述定义为弹性+塑性+延性损伤+损伤演化。前四个分析中，利用解析连续性技术将钢管的材料状态（应力、应变、损伤等）在和之间进行传递。一开始做一个塑性变形较大的弯管（有凹痕），最后用它来得到包含了前道工序影响的矫直管。
在第五次分析中，对拉直的管进行压缩测试（施加横向力），并与完全相同的操作条件下的新管的承载能力进行比较。
前 4 种分析材料状态的转移
分析 3 – 矫直过程（18 秒 – 2 米）
计算结果表明，矫直过程会导致钢管刚度减小区域扩大，通过SDEG可以观察到这一变化，此外局部壁厚也会发生变化。
钢管在矫直过程中SDEG的变化
第五项分析采用显式准静态方法计算钢管的压缩性能。结果表明，拉直钢管在虚拟压缩试验中表现非常差，与新管相比，其压缩能力几乎损失了一半。
分析5-直管与新管压缩试验对比
理论上，对于受过较小塑性应变（弯曲后整体光滑）的钢管，用这台机器来矫直可以在一定程度上提高屈曲时的临界失稳载荷，这也是它存在的全部意义。但即便如此脚手架钢管调直机，也应谨慎使用，因为这种廉价的机器也会带来肉眼不易察觉的几何缺陷（如模拟中观察到的钢管厚度变化、外壁面上的节点偏移），抵消了它仅有的优势。
可以肯定地说，在塑性应变较大（弯管局部凹陷）的情况下，矫直后再使用将非常危险。但似乎有些租赁站的工人在使用这台“神奇”的机器时非常兴奋，已经到了“见弯必调”的地步，甚至有裂痕的弯管也不放过，矫直后再租给施工队的另一组工人。
鉴于这种事情已经大量流入市场，在因果维度上，崩盘和责任人被处理的概率急剧上升，在时间维度上，在它崩盘成为现实之前，相关部门必须妥善处理，这可能会挽救很多家庭。