扣件式钢管模板支架节点半刚性受扭机制试验研究

论文摘要

扣件式钢管模板支架因其搭设灵活、拆除方便、通用性强、承载力大、经济性好等优点,在我国建筑施工模板支撑体系中起着主导作用。但近年来模板支架倒塌事故频繁发生,造成大量社会反响极其恶劣的严重后果。究其原因主要是由于该结构体系设计理论的不足和对模板支架受力性能认识的不全面,导致其设计与搭设不够科学,同时施工管理的混乱和材料质量本身的缺陷,也是引起事故的原因。因此,对扣件式钢管模板支架受力性能进行研究具有重要的工程价值。在对近年历次重大脚手架和模板支撑架安全事故的诱因深入分析的基础上,明确了当前研究的主要不足在于忽略了扣件节点的半刚性受扭机制,以此确定了本文研究的内容,具体采用理论分析、试验与数值模拟相结合的研究方法。为了验证直角扣件节点的抗扭转性能,本文对直角扣件进行了试验研究,试验以盖板螺栓紧固扭矩为主要研究参数,并考虑扣件制作工艺、材料质量等可能造成扣件性能离散的因素,完成了多层次、高试件量的试验工作,针对不同工况较地全面地获得了扣件节点半刚性受扭机制的性能数据。在对试验结果详细分析和比较的基础上,根据试验数据的拟合结果,建立了用以解释扣件节点半刚性受扭机制的力学分析模型,并提出了适用于工程实践的简化的M-θ公式,并将其与试验结果及其他研究者已提出的分析模型进行了对比研究。为进一步明确扣件节点的半刚性受扭工作机理及其对模板支架整体性能的影响程度,采用大型通用有限元程序ANSYS建立了考虑材料非线性和接触非线性的扣件节点三维实体精细化模型和扣件式钢管模板支架的整体模型,以此进行了仿真分析。并特别将扣件节点的仿真结果与试验结果进行了对比研究。在上述工作的基础上,提出了该领域需进一步研究的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第—章 绪论
• 1.1 扣件式钢管模板支架力学性能研究的重要性
• 1.2 扣件式钢管模板支架事故及诱因分析
• 1.2.1 扣件式钢管模板支架事故案例
• 1.2.2 模板支架倒塌事故原因分析
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外及港澳台地区研究现状
• 1.4 问题的提出
• 1.5 主要研究内容
• 第二章 模板支架的构造组成
• 2.1 扣件式钢管模板支架组成
• 2.2 扣件式钢管模板支架的构配件
• 2.2.1 模板
• 2.2.2 钢管
• 2.2.3 扣件
• 2.2.4 底座
• 2.3 我国现行规范中对扣件的技术要求
• 2.3.1 几何尺寸
• 2.3.2 力学性能
• 2.3.3 外观和附件
• 2.4 小结
• 第三章 扣件式钢管模板支架节点半刚性受扭机制验证试验
• 3.1 引言
• 3.2 试验目标
• 3.3 试验方案及试验试件
• 3.3.1 试验方案
• 3.3.2 试件设计
• 3.3.3 试验仪器
• 3.4 试验装置及加载制度
• 3.4.1 试验装置
• 3.4.2 加载制度
• 3.5 试验结果
• 3.5.1 弯矩-转角曲线
• 3.5.2 小结
• 3.6 本章小结
• 第四章 扣件式钢管模板支架节点半刚性受扭机制研究
• 4.1 引言
• 4.2 半刚性连接的概念
• 4.2.1 半刚性连接的分类
• 4.2.2 半刚性连接的数值模型
• 4.3 扣件式模板支架节点半刚性受扭机制的分析模型
• 4.3.1 力控制
• 4.3.2 力-位移控制
• 4.4 所提出分析模型与试验结果的对比
• 4.4.1 力控制
• 4.4.2 力-位移控制
• 4.5 所提出分析模型与已有模型的对比
• 4.6 小结
• 第五章 扣件式钢管模板支架节点半刚性受扭机制的仿真分析
• 5.1 ANSYS软件及其仿真分析的一般过程
• 5.2 本文有限元模型的特点
• 5.2.1 材料非线性问题
• 5.2.2 接触非线形分析
• 5.3 仿真分析模型的建立
• 5.3.1 扣件节点模型
• 5.3.2 模板支架模型
• 5.4 仿真分析计算结果分析
• 5.4.1 扣件节点
• 5.4.2 模板支架
• 5.5 小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 致谢