盘扣式钢管脚手架半刚性节点受力性能研究

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盘扣式钢管脚手架(以下简称“盘扣架”)因结构简单、承载力大、拼拆迅速、通用性强等突出优势被广泛应用于建筑施工中,并且截止到2022年年底,全国各部委、多省市为了确保房屋建筑及其相关的市政基础设施安全,出台了推广盘扣架的多项政策,对其结构承载力和安全性能的要求也随之提高,而架体节点作为影响结构承载力和稳定性的重要部分,其节点受力性能对于保障工程顺利施工及工人的生命安全具有重要的意义。目前国内外针对盘扣架节点研究中已有大量文献阐述了关于盘扣架节点性能的研究方法和成果,并表明盘扣架节点呈现出典型的半刚性连接,但相关研究内容关于节点刚度值的确定,不同研究结果所得刚度值存在差异,其原因除材料因素以外,不同研究中节点试验方案所设计的插销楔紧深度各不相同,忽略了插销楔紧度对盘扣架节点的影响,并且模架在搭设过程中立横杆节点的插销楔紧度具有不确定性,致使架体节点刚度不是一个具体的数值而是分布在某范围之内,故试验所得到的节点刚度数据不能作为通用性结论来指导施工。因此,针对上述现状,为充分得到插销楔紧度对盘扣架半刚性节点的影响程度,掌握盘扣架节点的受力性能,本文开展了针对盘扣式钢管脚手架半刚性节点的研究,主要的研究内容如下:1)通过构造Φ48型和Φ60型盘扣架连接节点试件,进行了不同楔紧度下的节点抗扭刚度试验,得出立横杆连接节点为典型的半刚性连接,但其刚性程度差异较大,故通过对节点半刚性的定量化讨论分析,得到了插销楔紧度对节点初始抗扭刚度的影响程度,并结合试验现象,综合确定了合理插销楔紧度的范围和节点初始抗扭刚度建议值;而且通过运用统计非线性回归分析,给出了盘扣架连接节点初始抗扭刚度与插销楔紧度之间的表达式。2)通过对盘扣架节点进行力学分析和有限元仿真建立其节点模型,依据力学模型进行统计拟合,得到了盘扣架插销初始楔紧力矩和摩擦力矩、半刚性节点杆端扭矩之间的数值关系,进而得到节点完整仿真条件,在此基础上对试件节点进行有限元模拟,从而揭示了插销楔紧度对盘扣架节点各典型部件的作用机理,并对盘扣架半刚性节点的受力性能进行了详细说明。3)针对插销楔紧度的不确定性,运用区间数理论及集合理论凸模型方法的特点进行整架节点刚度的求解,并应用有限元软件分析插销楔紧度对盘扣架非线性极限承载力的影响,以有侧移钢框架结构的基本侧移单元为对象,以变形图表示架体达到极限承载力时的整体屈曲失稳模式,综合不同楔紧度下的非线性极限承载力得出了插销楔紧度对结构的重要性,并进一步验证了本文所提出节点插销楔紧度的合理范围是具有一定可信度的。
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