超强薄壁钢管双排脚手架承载性能研究.pdf
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1、 年 月第卷 第 期沈 阳 建 筑 大 学 学 报(自 然 科 学 版)().收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目()作者简介:刘红波()男教授博士主要从事结构与空间结构等方面研究文章编号:():./.:.超强薄壁钢管双排脚手架承载性能研究刘红波闫智聪常浩腾吕嘉诚刘 群(天津大学建筑工程学院天津 中国建筑科学研究院有限公司北京)摘 要 目的 研究不同搭设参数对超强薄壁钢管双排脚手架承载力的影响提出一种稳定承载力计算方法 方法 对 组足尺模型进行静力破坏试验结合结构体系特点建立考虑杆件初弯曲以及扣件半刚性的有限元分析模型基于试验结果对数值模型进行验证并对其进行参数化分析通过改变搭设参数研究连
2、墙件设置方式、立杆步距、扣件扭转刚度对架体承载力的影响基于单杆轴压稳定公式提出架体承载力计算方法 结果 在极限承载力相同的情况下超强薄壁钢管双排脚手架相比传统 钢管脚手架质量约降低 成本约降低 步距、连墙件设置方式、扣件扭转刚度对承载力有显著影响 结论 超强薄壁钢管双排脚手架体系具有轻质高强、施工效率高、节约成本等优点有限元和试验结果较为吻合提出的简化计算公式可为此类结构的设计提供理论依据关键词 超强薄壁钢管双排脚手架足尺试验半刚性有限元分析计算长度系数中图分类号 文献标志码 ():.沈 阳 建 筑 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷 .:脚手架是施工过程中必不可少的临时支撑结构扣件式
3、双排脚手架在目前各式脚手架中应用广泛对其承载性能的研究也更为深入 刘红波等 对有无剪刀撑的扣件式钢管脚手架承载性能进行了全面研究通过总结足尺模型试验和有限元模拟结果提出了简易的承载力计算方法 研究指出无斜撑的扣件式钢管脚手架与门式脚手架极限承载力相差不大增加斜撑可明显提高扣件式脚手架的承载性能 秦桂娟等运用 有限元软件分析了连墙件布置方式对扣件式钢管脚手架极限承载力的影响 敖鸿斐、黄宝魁和郭志鑫分别通过试验和有限元模拟的方法分析了立杆步距、立杆纵距、立杆横距、连墙件布置等参数对双排扣件式钢管脚手架极限承载力的影响 陆征然等在钢结构框架理论中梁柱节点刚度分析方法的基础上通过建立三维有限元模型得出
4、扣件连接抗弯性能与转动刚度的关系 张厚先等利用 软件建立了三维非线性屈曲双排扣件式钢管脚手架模型并对风荷载对脚手架承载力的影响进行分析结果表明:风荷载对扣件式钢管脚手架整体稳定承载力有显著影响 秦桂娟等在提出扣件式钢管脚手架风荷载计算方法的基础上运用 软件对立杆最大弯矩受连墙件设置缺陷影响程度和变化规律进行研究综上所述现有关于双排扣件式脚手架承载性能的研究主要集中在传统钢材对架体新材料方面的研究较少 传统钢管壁厚 单根构件质量较大搭设效率较低基于此笔者以超强薄壁钢管作为双排脚手架材料通过 组足尺模型静力破坏试验和数值模拟探究搭设参数对超强薄壁钢管脚手架承载性能的影响并基于单杆轴压稳定公式提出超
5、强薄壁钢管双排脚手架承载力的计算方法结果表明笔者提出的计算方法可以满足工程要求可为此类结构的设计提供理论依据 试验方案 模型设计为了研究超强薄壁钢管双排脚手架承载性能笔者设计了 个足尺模型模型搭设参数见表 超强薄壁钢管双排脚手架示意图如图 所示 其中、分别为立杆的纵距、横距、步距表 超强薄壁双排脚手架搭设参数 编号高/横距/纵距/步距/扫地杆高/连墙件布置方式 三步三跨 两步三跨 组足尺试验均在非连墙侧设置竖向剪第 期刘红波等:超强薄壁钢管双排脚手架承载性能研究 刀撑和两侧横向剪刀撑架体钢管直径为 壁厚为 试验架体均由专业工人在现场进行搭设搭设完成后扣件扭紧力矩保证在 左右图 超强薄壁钢管双排
6、脚手架示意图 试验架体顶层及其他所有层节点的搭接方式为纵向传力水平杆和横向稳定水平杆通过直角扣件相连横向稳定水平杆再通过直角扣件与竖向立杆相连如图 所示图 节点搭设方式 试验中所用钢管均来自于工厂加工试件随机抽取了 根试件进行了材料性能试验材料实测性能结果见表 表 材料的基本力学性能 试件编号弹性模量/屈服强度/极限强度/加载方案及测点布置试验加载装置如图 所示包括反力架、个并联液压千斤顶和 道箱型分配梁以及 道工字钢分配梁 荷载首先由反力架施加在第一层的两道分配梁上然后再由第二层分配梁均匀分配到架体顶层水平杆上 以液压千斤顶内的压力开始下降时的荷载作为试件发生破坏的极限荷载此时停止试验.反力
7、架.液压千斤顶.箱型分配梁.工字钢图 试验加载装置图 架体整体位移的量测通过位移计来完成每组试验均使用 个位移计进行位移量测分别布置在加载区东、南两侧各 个用于测量立杆顶部、中部和底部的水平位移其中南面加载区域 立杆顶部、中部和底部位移计的编号为、和 东面加载区域 立杆顶部、中部和底部位移计的编号为、和 试验过程中使用电脑实时对位移计测量数据进行采集位移计布置如图 所示图 位移计布置图 沈 阳 建 筑 大 学 学 报(自 然 科 学 版)第 卷 试验架体内部杆件的应变的量测是通过胶基应变片与振弦式表面应变计共同完成应变测点布置如图 所示每组试验均设置 个应变量测点对应变进行量测图 立杆应变测点
8、布置图 试验结果与分析 试验现象模型 和模型 的破坏模式相同均为“顶层横向水平杆挠曲”、“非连墙侧立杆鼓曲”的整体失稳破坏 以模型 为例当总荷载加载至 时架体出现连续轻微响声顶层扣件开始出现下滑 继续加载在加载至 时立杆鼓曲第一步立杆开 始 向 东 方 向 挠 曲 当 荷 载 增 加 至 持荷期间可以观察到顶层水平杆开始向下挠曲(见图 ()继续加载至 时期间可以观察到第一、二步立杆明显向东方向鼓曲 由 继续加载至 的过程中架体出现晃动非连墙侧的立杆出现明显鼓曲(见图()且荷载无法继续增加判断此时已经达到了该双排脚手架的极限承载力结束加载图 模型 失效模式 稳定承载力分析将加载过程中加载区域单杆
9、平均承载力达到的最大值定义为试验模型的承载力 模型 单杆平均承载力为 模型单杆平均承载力为 本次试验通过位移传感器进行加载全过程位移检测得到了 组试验的荷载位移曲线如图 所示由图 可知:模型 除东侧顶部测点位置发生明显大位移外其余测点处位移较小位移量在 模型 东侧顶部和中部测点位置在架体达到极限承载力时位移较大分别为 和 南侧中部测点处位移为 设置两步三跨连墙件的模型 比设置三步三跨连墙件的模型 承载力提高约 文献对 个传统双排扣件式脚手架开展足尺试验其中方案 与本次试验中模型 的单杆平均承载力较为接近方案 单杆平均承载力为 在相同承载力条件下超强薄壁钢管比传统 钢管双排脚手架重量约降低 成本
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