作为“基建狂魔”，当前我国每年脚手架工程总费用已达5000亿元以上，体量十分巨大，但同时，脚手架坍塌事故也频频发生，几乎每个月都有。调查显示，脚手架坍塌事故中材料质量问题是最常见原因之一，其中就包括使用劣质、不合格的钢管。

脚手架坍塌事故

  01. 脚手架钢管调直机  

脚手架行业里有一种奇葩机器叫“脚手架钢管调直除锈刷漆一体机”，它的作用是把弯曲变形的脚手架钢管调直，以重复使用，因为施工要求对脚手架钢管的直线度有明确规定，这种机器就出现了。

脚手架钢管调直机

现在这种调直机在脚手架租赁圈十分抢手，很多租赁站为了节省成本，用它来“修复”各种弯管，由于它也有刷漆功能，只要你愿意，调直后的钢管看起来可以像新的。

我国的脚手架钢管年产量近1000万吨，存量达几千万吨。有关专家在《我国建筑施工脚手架坍塌事故分析》中指出，劣质、超期使用和壁厚不合格的钢管占80%以上，扣件总量有10亿个～12亿个，其中90%左右为不合格产品。

搜狐网·建设施工安全·分享文章《应建立脚手架质量安全追溯体系》

尽管网上已经有不少人在质疑这种调直机，呼吁监管部门介入调查，但是目前来看，它仍然畅销，而且主要销往脚手架租赁站。

使用调直后的钢管搭设脚手架有很大的安全隐患，想必有力学或材料学常识的人都自然明白。下面就数值模拟得到的结论来支持一下这些有良知的质疑声音。

  02. 调直机原理  

脚手架钢管调直机又叫双曲线辊矫直机，最早由苏联人设计，辊轮是双曲线的回转体，在轴线夹角合适的情况下，理论上能与钢管完美贴合，通过几组成对出现的辊轮碾压，可以使弯管发生塑性变形，将其“捻”成直管。

双曲线辊原理

在一些对管道直线度要求比较高的行业，可以用双曲线辊矫直机来解决管道生产过程中的微小弯曲问题，比如一些油气管道的生产，就需要用到它或者其他更先进的调直机，因为直线度将直接影响管箍的加工、对接，以及管道工作状态下的变形。

实际调直过程中，双曲线辊和钢管接触起作用的区域是辊轮的中部和两端。有的机器每个辊可以绕自身轴向旋转，这种调直精度高，造价也比较高；有的机器所有辊同时绕一个公共轴转动，调直精度差，造价低廉，脚手架钢管调直机上用的就是这种。

两类双曲线辊矫直机

棉签的包络面为双曲线回转体

由于双曲线回转体结构的一些特殊性质，在很多现代建筑或工业冷却塔上也能看到它的影子。

双曲线回转体结构

  03. 钢管调直的数值模拟与虚拟试验  

脚手架钢管材料为Q235钢，材料描述定义为弹性+塑性+韧性损伤+损伤演化，在前4个分析中，使用Abaqus分析连续性技术将钢管的材料状态（应力、应变、损伤等）在Explicit和Standard之间传递，在开始时做一个具有较大塑性变形的弯管（有凹陷），最终用它来获得一个包含前工序影响的调直管。

在第5个分析中，利用这个调直管进行抗压测试（存在侧向力），并在工况完全一致的情况下与新管的承载能力进行对比。

前4个分析材料状态的传递

第3个分析-调直过程（18秒-2米）

计算结果表明，调直过程会导致钢管刚度折减区域扩大，可以通过SDEG来观察到这一现象，另外局部壁厚也会发生变化。

调直过程钢管SDEG变化

第5个分析使用显式准静态方法计算钢管的抗压性能，结果表明，调直后的钢管在虚拟抗压试验中表现很差，与新管相比，几乎丧失掉一半的抗压能力。

第5个分析-调直管与新管的抗压测试对比

理论上讲，对于已发生较小塑性应变的钢管（弯曲后整体平滑），使用这种机器调直可以在一定程度上增大其屈曲时的临界失稳载荷，这也是它存在的全部意义。然而，即便如此，也要谨慎使用，因为这种廉价机器也会带来的肉眼不易发觉的几何缺陷（例如仿真观察到钢管的厚度变化和外壁表面节点偏移），抵消掉它仅有的优点。

可以确定地说，对于大塑性应变的情况（弯管局部凹陷），调直后再次使用会非常危险。但是现在来看，租赁站的一部分工人在使用的时候，面对这个“神奇”的机器很亢奋，已经到了“见弯就调”的地步，甚至有裂纹的弯管也不放过，调直后租给建筑施工队的另一帮工人，安全隐患巨大！

来源：USim 作者 邓怡超