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脚手架在不同剪刀撑下的有限元分析

发布于:2024-04-07 20:37

有限元分析

      扣件式钢管脚手架作为浇筑混凝土模板支撑体系在工程中普遍使用,它具有运输快捷、施工方便等优点。但由于扣件式钢管脚手架搭设是人工操作,其整体稳定性受到人为因素影响比较大,在实际工程中引起的安全事故也较多。鉴于施工安全事故频发,政府对于建筑安全研究越来越重视,相关机构和科研人员针对不同的脚手架进行模拟试验,并通过相应的结构分析软件进行模拟研究,取得了很多成果。陆征然、陈志华等利用ANSYS分析软件研究了脚手架在施加不同荷载下的应力变化情况,并根据试验的结果与现行规范《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》模板支架的计算方法进行对比,指出规范中的一些不足并提出了相应的改进措施。熬鸿斐、李国强等对于双排式钢管脚手架极限承载力进行分析,并取得了一系列的成果。双排脚手架水平方向设有连墙杆和揽风绳,其整体稳定性有所提高,其相关理论研究可以为满堂扣件式钢管脚手架研究提供相应的参考。满堂脚手架由于跨度长、高度大等特点,其整体稳定性比双排脚手架差,在大面积、大跨度的满堂脚手架工程中,脚手架安全性应引起足够的重视。本文在《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》的基础上,运用MIDAS/GEN结构分析软件建立5个与现场试验架体相类似的模型,研究5种不同架体(剪刀撑位置不同)在相同荷载下的应力分布及位移变化规律。本文研究结果可以为满堂扣件式钢管脚手架的内力传递规律以及实际工程中剪刀撑设置等研究提供参考。
      满堂扣件式钢管脚手架在纵横方向是由不少于3排的立杆构成,并与水平杆、扫地杆、斜撑等构件。
      通过扣件连接形成的承力支架。大面积满堂扣件钢管脚手架杆件应力传递、变化规律较为复杂,且不便于分析。本文只考虑3×3跨的满堂脚手架体系,在此基础上研究其应力、位移的变化规律。架体立杆间距为0.95m×0.95m,步距为1.25m,扫地杆的高度为0.05m,架体总高为3.8m,结构模型如图所示。第1层平面如图2所示。为研究剪刀撑拆除对于架体内力、位移的影响,剪刀撑一共设置四根:竖直方向设置两个斜向剪刀撑,分别布置在架体的内部(见图);水平剪刀撑考虑交叉布置可能导致某一层刚度较大,实际模型分别在架体的第二层、第三层各设置一根(见图)。为研究剪刀撑对于满堂脚手架应力及位移变化的影响,每次荷载加压完毕后,拆除1个剪刀撑,在有限元结构分析软件帮助下,观察架体立柱每根钢管的应力变化并进行对比,同时模拟架体在竖向荷载作用下各节点沿x、y、z方向的位移变化。该试验为竖向荷载试验,不考虑水平荷载和风荷载,不设置侧向支撑。16根立杆具体编号规则如下:上面第一排从左到右依次为1#、2#、3#、4#,第二排5#、6#、7#、8#,第三排、第四排以此类推,1#、2#斜撑的布置如图所示,架体其余尺寸如图所示(粗色线表示剪刀撑)。
      模型钢管截面采用48.3×3.6,材质选用Q235,弹性模量Es取2.06×e5MPa。架体顶部设有横向的木方,木方尺寸为68mm×80mm,材质为松木,具体参数可参考相应的《木结构设计规范》。顶部荷载采用单向板传力方式,荷载通过单向板→木方→水平杆→钢管立柱路径传给地面。本文采用MIDAS/GEN分析软件建模,水平纵横杆、立杆交界处竖直方向错开0.05m,扣件连接处采用刚性连接。


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