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扣件式钢管模板构造因素承载力问题
发布时间:2020-03-23 浏览 0

    扣件式钢管体系在建筑施工中有着相当广泛的应用,对由其构建的脚手架体系,国家已颁布了相关的安全技术规范对于设计计算、构造等也都有了相当详细的规定。在该规范中,虽然对模板支架也有一些规定,但还远不够成熟,对其设计计算尚存有很多争论;造成这种现象的原因,主要是对构造因素与稳定承载力之间的关系尚缺乏详细的了解。本文以脚手架整架试验结果为基础,通过三维有限元分析对此问题进行讨论。分析采用的钢管外径为48mm。

1、架试验结果,并对其试验过程进行过数值模拟,发现计算结果大于实测结果,提出了架体半刚性修正系数的概念。文献提出了测定单个节点转动刚度的方法,可以将此结点转动刚度祸合于有限元中,对脚手架进行分析。文献在对文献的整架试验结果进行三维有限元数值模拟的基础上,提出了架体理想刚架模型立杆计算长度修正系数法,该系数定义为整架试验所得的立杆稳定承载力对应的立杆计算长度与按照理想刚架模型计算的稳定承载力对应的立杆计算长度之比,指出该系数值为,该数值独立于架体构造;且用该方法对规范i}l中的表5.3.3进行相同构造条件的三维有限元数值模拟,得到了相同的结果,证明该方法是可行的。本文用该方法讨论构造因素对模板支架稳定承载力的影响。

2、构造因素对模板支架稳定承载力的影响
    架体的构造因素主要包括:立杆步距、横向间距、立杆伸出顶层水平杆长度、水平面内剪刀撑设置、竖向剪刀撑设置等,下面,对这些因素的影响分别进行讨论。2.,立杆间距对承载力的影响
    在建筑模板工程施工中,通常立杆间距为0. 6一1. 4 m之间,而立杆步距则在1. 2一1. 6 m之间。为研究立杆间距对支架单根立杆稳定承载力的影响,用有限元方法,分别取不同的步距及立杆间距进行了计算;分析时,取立杆伸出顶层水平杆的长度为零;考虑对立杆计算长度进行修正后,稳定承载力计算结果见表1。

    从表1中看出,很明显,立杆稳定承载力随纵横距的增大而减少,随步距的增大也在减少。比较表1中的数据可以看到,步距每增减20 cm比纵横距每增减20 cm对立杆稳定承载力的影响要大。2. 2立杆伸出顶层水平杆长度对稳定承载力的影响
    调研发现,目前现场施工中,为调整立杆高度,一般都使用了顶托(俗称:丝杠),丝杠总长度一般为} cm,将其插人立杆钢管顶部,上部自带的托盘作为模板面板下大楞木的支座;形成中心受压立杆;另外,施工现场常用的模板支架立杆步距一般在1. 4一1. 6 m,此处分别就步跨为1.2 m,1.4 m和1. 6 m在不同立杆伸出长度和不同纵横距的条件下,讨论其对立杆稳定承载力的影响。计算结果见表2。

    分析表2中的数据,可以发现下列规律:
    (1)在步距及伸出长度一定的条件下,立杆的稳定承载力随立杆纵横距的增加而降低。
    (2)在纵横距及步距一定的条件下,与伸出长度为0的情形(表1)相比,伸出0. 2 m和0. 4 m时,立杆的稳定承载力降低不大(在5%以内),但当伸出长度达到0. 6 m时,承载力会有大幅度下降(最大值达33% ),对各种步距及立杆间距均如此。从屈曲模式上看,当伸出长度在0. 4 m以内时,伸出部分将和顶层水平杆以下部分立杆形成一光滑的失稳曲线;但当伸出长度达到0. 6 m时,屈曲模式与下端固支而上端自由的立柱的屈曲模式相近,如图1所示。因此,一般情况下,立杆伸出顶层水平杆中心的长度最好不要超过0. 4 m。

水平向剪刀撑设置对稳定承载力的影响
    规范规定川,高于4 m的模板支架,其两端与中间应每隔4排立杆从顶层开始向下每隔2步设置一道水平剪刀撑(见规范}'}6. 8. 2条第2款)。
    为研究水平向剪刀撑对支架立杆稳定承载力的影响,在计算模型中,去掉了水平向剪刀撑,只留立杆、水平杆及竖直向剪刀撑,分别对不同步距及立杆间距进行了计算。
    计算发现,去掉水平向剪刀撑对支架的稳定承载力几乎没有影响。其实这很好理解,由于旋转扣件可以任意转动,故水平向剪刀撑杆件对立杆的弯曲变形没有阻碍作用。

竖直向剪刀撑设置对立杆稳定承载力的影响
    由于水平向剪刀撑对支架的稳定承载力无贡献,故只要研究无剪刀撑的模板支架的稳定承载力,再将其与前面的计算结果表1相比较即可。无剪刀撑的模板支架立杆的稳定承载力见表30

    计算发现,无扫地杆时,支架的屈曲都发生在最低一步架体内,如图2所示;与表3相比,以纵横距1. 0 m为例,无扫地杆时,支架立杆的稳定承载力仅为有扫地杆时的1/3一1/2。可见,扫地杆的作用是多么重要。

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