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承插型盘扣式M60钢管模板支架具有运用范围广、经济性好和承载力高等优点,逐渐成为了建筑行业工程施工主要的临时支撑结构体系。然而,近年来支架坍塌的事故时有发生,其主要原因是支架施工时受力复杂、支架杆件布置和节点刚度取值不合理、杆件存在初始缺陷和横向荷载等不利因素导致支架杆件发生屈服破坏和屈曲失稳破坏。为了进一步提高盘扣式支架的施工安全性,本文以盘扣式支架节点、立杆和支架架体为研究对象,采用试验、数值模拟和理论研究等方法,分别对支架节点半刚性特性及取值、立杆稳定承载力、支架极限承载力和稳定性及影响因素进行研究。主要内容如下:(1)搜集大量支架坍塌事故案例并分析其原因,分析目前盘扣式支架使用中存在的问题及相应解决措施,针对支架坍塌问题采用文献研究法总结国内外关于支架承载力和稳定性的研究成果和研究方法。研究结果表明支架节点的半刚性刚度值和立杆的失稳临界荷载直接关系到支架的承载力和稳定性,国内外学者对盘扣式支架半刚性节点的刚度值进行了研究,研究得出了介于20~90 k N.m/rad之间不等的节点刚度值,不同学者研究结果差距较大。支架坍塌的主要原因是立杆局部的失稳破坏和支架整体的失稳破坏,节点刚度、初始缺陷、杆件布置、横向荷载、非线性因素等对支架稳定承载力具有较大的影响。(2)总结国内外关于盘扣式支架的计算理论和结构稳定性分析理论,运用欧拉公式和规范法计算一个步距内常用尺寸0.5m、1.0m、1.5m、2.0m立杆和0.20m、0.35m、0.50m、0.65m的顶托的临界荷载,并采用ABAQUS有限元数值模拟对欧拉公式和规范法计算的立杆临界荷载进行核验,计算结果表明采用规范法计算支架稳定性,中国规范和日本规范计算的临界荷载值随立杆长度变化较小,计算结果偏于安全。欧拉公式没有考虑节点半刚性特性对立杆稳定性的影响,其临界荷载计算值普遍大于规范法计算结果,为安全起见,工程中采用欧拉公式计算杆件临界荷载时宜采用两端铰接的欧拉临界荷载公式。(3)采用试验法对承插型盘扣式钢管模板支架半刚性节点刚度值进行研究,分别对盘扣式支架节点连接一根横杆、两个横杆、三根横杆和四根横杆作用时的节点抗弯刚度进行试验,并采用ABAQUS有限元数值分析软件对试验中的盘扣节点刚度取值和作用机理进行模拟分析。通过试验和有限元数值模拟分别得出盘扣节点在不同弯矩作用下的弯矩-转角值,然后采用Origin数理统计分析软件对不同数量、不同位置横杆连接时节点的弯矩-转角曲线进行拟合。研究结果表明二参数对数函数模型拟合节点弯矩-转角曲线效果最好,三线性模型拟合结果能满足工程需要的精度,于是提出便于工程运用的三阶段刚度取值:当节点弯矩为0~200N.m时,盘扣节点抗弯刚度宜取20k N.m/rad~30k N.m/rad;当节点弯矩为200N.m~600N.m时,盘扣节点抗弯刚度宜取9k N.m/rad~11k N.m/rad;当节点弯矩超过600N.m时,盘扣节点抗弯刚度宜取2k N.m/rad~6k N.m/rad。(4)依托某高速公路匝道现浇箱梁盘扣式满堂支架施工项目,采用MIDAS/Civil有限元软件建立满堂支架有限元模型,通过对比有限元计算结果和监测值验证盘扣节点抗弯刚度的合理性。在该依托工程满堂支架有限元模型的基础上,分析节点刚度对盘扣式支架承载力和稳定性的影响,并通过单一变量原则分析立杆间距、横杆步距、斜杆位置和顶托伸长量对支架稳定承载力的影响程度。研究表明节点刚度符合支架施工的安全合理性,研究所得的三阶段刚度值可以运用到实际工程中,支架横杆步距和顶托伸长量对支架稳定性影响最大,立杆间距和斜杆位置对支架的稳定性影响相对较小。在盘扣式支架施工中,可以通过降低立杆间距、横杆步距、顶托伸长量和增加斜杆数量提高支架的稳定性。(5)将一个步距内的立杆简化为简支梁力学模型,顶托简化为悬臂梁模型,采用ABAQUS有限元软件分别对0.5m、1.0m、1.5m、2.0m立杆和0.20m、0.35m、0.50m、0.65m顶托存在横向荷载时的临界荷载进行模拟计算,在有限元数值模拟的基础上运用数理统计方法,采用三参数指数模型拟合出立杆临界荷载-横向荷载数学表达式,结合欧拉临界荷载公式推导支架临界荷载-横向荷载关系式。同时还研究了杆件长度对立杆临界荷载的影响,在立杆临界荷载-横向荷载关系式的基础上导出了立杆临界荷载-几何初始缺陷的关系式,研究结果表明支架立杆在横向荷载大于4k N时的失稳与立杆长度的关系很小,但此时立杆更容易受横向荷载影响而发生屈曲失稳,立杆和顶托临界荷载-横向荷载公式经过验证可以推广到一般压杆受横向荷载时临界荷载的计算。