扣件式钢管模板支架受力性能研究

论文摘要

钢扣件和钢管组成的模板支架由于构造简单、通用性强、使用成本低、安全性好等优点,在土木建设中得到普遍应用。但近年来模板支架的安全事故不断发生,并造成严重后果,其中一个重要原因就是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。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理论意义和现实的工程价值。本文在分析扣件式钢管模板支架组成的基础上,归纳、总结了脚手架及模板支架受力性能的研究现状,并明确了当前研究的主要不足在于忽略了节点的半刚性特性,以此确定了本文研究的内容、方法和技术路线。采用大型通用有限元软件对钢管模板支架节点进行了三维实体精细化建模,并进行了考虑材料非线性和接触非线性的仿真分析,以获得用以描述节点特性的分析模型,即节点弯矩—转角关系曲线。同时,检验了螺栓扭矩、扣件与钢管间摩擦性能等因素对模板支架节点受力性能的影响。并在此基础上,建立了模板支架扣件节点的半刚性分析模型,并提出了适用于工程实践的简化计算公式。根据理论研究获得的扣件节点半刚性模型,采用弹簧单元模拟半刚性连接的弯矩-转角关系,建立了整架空间杆系有限元分析模型,并考虑了在其加载过程中可能出现的材料非线性与几何非线性问题。采用数值模拟技术,对不同节点性能、不同支撑条件、不同浇注路径等参数对模板支架体系受力性能的影响程度进行了计算分析。根据以上研究,得出以下主要结论和成果:模板支架节点的连接性能属于半刚性连接,而将其简化为刚接的计算方法严重偏不安全;建立了用以描述扣件节点半刚性特性的分析模型;竖向及水平剪刀撑对模板支架的整体稳定发挥着关键的作用,尤其对于高支撑模架;混凝土浇筑时应选择对称均匀路径的方法来提高模板支架的安全系数:浇注过程中的冲击作用对模板支架的安全性具影响显著,应该采取措施对其进行控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 扣件式模板支架受力性能研究的必要性
• 1.2 模板支架受力性能的研究综述
• 1.2.1 模板支架的组成与搭设情况
• 1.2.2 模板支架受力性能研究现状
• 1.3 存在问题
• 1.4 研究内容与技术路线
• 第二章 扣件式模板支架精细化有限元分析模型的建立
• 2.1 有限元软件介绍
• 2.2 扣件式模板支架节点精细化有限元模型的建立
• 2.2.1 单元模型
• 2.2.2 材料类型
• 2.2.3 边界条件
• 2.3 扣件式模板支架整体有限元模型的建立
• 2.3.1 单元模型
• 2.3.2 材料模型
• 2.3.3 边界条件
• 2.3.4 模板支架搭设状况
• 2.4 本章小结
• 第三章 扣件式模板支架节点受力性能理论研究
• 3.1 半刚性连接的概念
• 3.1.1 半刚性连接的分类
• 3.1.2 半刚性连接的分析模型
• 3.2 模板支架节点的有限元模型计算结果及分析
• 3.2.1 抗滑移性能
• 3.2.2 抗扭转性能
• 3.3 扣件式模板支架节点半刚性连接的分析模型
• 3.3.1 模架节点半刚性连接的弯矩—转角曲线非线性拟合
• 3.3.2 拟合公式计算结果与有限元计算结果对比
• 3.4 本章小结
• 第四章 扣件式模板支架整架受力性能研究
• 4.1 模板支架与普通框架的不同
• 4.2 模板支架静载内力分析
• 4.2.1 模板支架加载方法
• 4.2.2 计算结果分析
• 4.3 不同浇注路径下模板支架的反应
• 4.3.1 路径选择及动力因素的确定
• 4.3.2 不同浇注路径下模板支架的有限元计算
• 4.4 工程实例
• 4.4.1 工程概况
• 4.4.2 模板支架整架设计
• 4.4.3 效果检查
• 4.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢