建筑超长悬挑脚手架模型试验及计算程序开发研究

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高层建筑悬挑结构通常采用悬挑支撑脚手架作为承力平台,其悬挑型钢主梁直接锚固于建筑主体上,悬挑的一端通过撑拉的方式进行固定,形成稳定的三角形支架。近年来高层建筑不断发展,悬挑结构在工程施工中比重逐年增长,悬挑支撑脚手架因其良好的经济性、结构合理性及工程适用性等优点,广泛应用于高层建筑悬挑结构的施工中。但随着建筑设计的发展及用户对建筑审美的追求,悬挑结构结构被大量使用于高层建筑中,且悬挑长度不断增长,衍生出超长悬挑支撑脚手架,使得施工成本提高,设计难度增大。二维的计算模型不足以反应结构的真实受力情况,很大程度上影响了结构的可靠性。因此以成都市某工程为工程背景,围绕悬挑支撑脚手架的结构形式、结构内力优化、结构计算与设计等问题展开研究,本文的主要工作和成果如下:(1)解决了悬挑脚手架搭设及拆除困难、耗材大的问题。从工程实际出发,重点分析悬挑脚手架在设计与施工中存在的难点问题。根据问题产生的原因及现场情况,设计伸缩式下撑杆,解决施工中悬挑脚手架拆装困难,耗材大的问题。并以此为模型进行模型试验,验证了缩身式下撑杆的可靠性。(2)进行模型试验,运用伸缩式下撑杆完成了支承点位置变化对照试验。基于相似理论,建立了1:10相似模型试验,并以支承点位置为变量,进行对照试验。通过对比分析,发现下撑式悬挑支撑脚手架的内力与支承点的位置密切相关,合理的设计支承点位置将使结构更加安全可靠。(3)建立了下撑式悬挑支撑脚手架有限元模型。通过对悬挑脚手架计算方法的梳理归纳,及国内外对脚手架结构的理论研究,确定了结构模型的边界条件,并根据试验模型数据,建立了下撑式悬挑支撑脚手架的有限元计算模型。将有限元结果与试验数据进行对比,验证了模型的可靠性。通过分析发现,在支承点位置发生变化的过程中,悬挑工字钢的应力及位移、下撑杆的轴力均存在最小值。(4)开发了下撑式悬挑支撑脚手架计算程序。通过python高级程序语言及其中的库,基于ANSYS大型商用有限元软件进行了二次开发,得到了一套简单、高效、易于操作的计算程序。可快速完成下撑式悬挑支撑脚手架的建模与计算,内置的批处理功能可提取支承点变化时结构内力的变化,辅助设计人员合理优化结构模型。
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