钢管模板支撑架力学性能研究

论文摘要

本文采用试验、理论分析和数值模拟方法研究了钢管模板支撑架的力学性能，深入分析了影响承载力的关键因素，提出了便于工程应用的搭设方式。本文的主要工作和贡献如下：进行了两种不同体系的钢管模板支撑架在竖向荷载下的足尺试验，得到了不同体系支撑架的极限承载力和失稳变形曲线。对碗扣式钢管支撑架的三组试验表明，柱距对承载力影响较小，立面斜撑对承载力影响较大。对盘扣式钢管支撑架的试验表明，严格搭设斜撑并控制伸长段长度和扫地杆高度，可极大提高架体承载力。试验研究表明，搭设方式是影响架体承载能力的主要因素。试验为理论研究提供了翔实数据。研究了理想架体发生无侧移失稳的刚度需求。分别推导了刚性斜撑时和刚性横杆时的架体门槛刚度公式，提出了架体的体型修正系数，将适用于弹性斜撑和横杆假定的多柱单横杆架体的门槛刚度公式推广到多柱多横杆架体情况，并用有限元验证其正确性，为支撑架搭设方法研究提供了理论依据。研究了伸长段长度和扫地杆高度这两种构造措施对架体承载力的影响。首先推导了有连墙件架体的构造尺寸与架体承载力的关系式；然后推导了无连墙件双柱架体的承载力计算公式，找到了无连墙件架体构造尺寸与承载力之间的规律；最后，根据纯剪切失稳与单杆失稳的关系，提出了构造尺寸的建议限值。研究了节点转动刚度对架体承载力的影响。首先推导了无侧移单杆的转动刚度与承载力的关系；然后研究了支撑架体的节点铰接假定和刚接假定对其承载力的影响。当架体发生无侧移失稳时，铰接模型结果偏于安全，并充分发挥材料力学性能。研究了支撑架的搭设方式。基于对节点和支座的模型假定，提出了五种内部空间几何不变的基本单元，提出了满足无侧移失稳的几何不变架体搭设方法和碗扣模板支撑架的简化设计公式，为实际使用提供了便利。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.1.1 工程背景
• 1.1.2 模板倒塌事故
• 1.2 模板支撑架简介
• 1.2.2 碗扣式模板支撑架
• 1.2.3 M60 盘扣式模板支撑架
• 1.3 国内外对模板支撑架的研究进展
• 1.3.1 荷载的研究
• 1.3.2 支撑架模型研究
• 1.3.3 模板体系和楼层的相互作用
• 1.3.4 试验研究
• 1.4 研究内容和方法
• 第2章 碗扣式钢管模板支撑架竖向承载力试验
• 2.1 概述
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 方案概况
• 2.2.2 加载系统
• 2.2.3 加载方式
• 2.2.4 试验设备与仪器
• 2.3 测量方案
• 2.3.1 水平位移测量方案
• 2.3.2 竖向位移测量方案
• 2.3.3 应变测量方案
• 2.4 试验结果
• 2.4.1 结果汇总
• 2.4.2 极限状态时的变形
• 2.4.3 荷载位移曲线
• 2.4.4 同列横杆端部弯矩分布
• 2.5 小结
• 第3章 M60 盘扣式钢管模板支撑架竖向承载力试验
• 3.1 概述
• 3.2 试验方案
• 3.2.1 方案概况
• 3.2.2 加载系统
• 3.2.3 加载方式
• 3.2.4 构件参数
• 3.3 测量方案
• 3.4 试验结果
• 3.4.1 极限状态时的变形
• 3.4.2 荷载位移曲线
• 3.4.3 立面斜杆轴力分布
• 3.5 小结
• 第4章 模板支撑架搭设方式
• 4.1 概述
• 4.2 支撑架的空间几何不变性
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 基本假定
• 4.2.3 空间桁架几何构造分析基本理论
• 4.2.4 支撑架的内部几何不变单元
• 4.3 理想多层横杆纵向柱列的门槛刚度
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 刚性斜撑时的横杆门槛刚度
• 4.3.3 刚性横杆时的斜撑门槛刚度
• 4.3.4 弹性横杆和斜撑时的门槛刚度
• 4.4 构造措施对支撑架承载力的影响
• 4.4.1 概述
• 4.4.2 有连墙件时伸长段对承载力的影响
• 4.4.3 单位剪力时双柱支撑架的剪切应变
• 4.4.4 剪切刚度突变对承载力的影响
• 4.5 搭设方式
• 4.5.1 支撑架规范的不足之处
• 4.5.2 伸长段和扫地杆取值
• 4.5.3 满足几何不变性的搭设方式
• 4.5.4 满足门槛刚度计算的搭设方式
• 4.6 小结
• 第5章 竖向荷载下支撑架无侧移失稳时的承载力
• 5.1 概述
• 5.2 转动刚度的影响
• 5.2.1 基本概念
• 5.2.2 半刚性节点无侧移单杆的计算长度
• 5.2.3 半刚性节点框架柱的计算长度
• 5.2.4 转动刚度对支撑架稳定承载力的影响
• 5.2.5 小结
• 5.3 模板支撑架无侧移失稳时的承载力
• 5.3.1 承载力计算公式
• 5.3.2 支撑架设计流程
• 5.4 算例
• 5.4.1 盘扣式支撑架试验
• 5.4.2 申嘉湖高速公路工程实例
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文的主要工作及结论
• 6.2 对今后研究的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果