60m高插接自锁式钢管支架稳定性分析与现场实测

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在超高、大跨等复杂结构形式的建造过程中,超高模板支架体系是一项重要的施工保障措施,而目前我国对超高模板支架体系的设计规范尚不完善,缺少统一的设计标准,对超高模板支架体系的受力状态和施工安全技术也缺乏经验;近年来因模板支架体系整体垮塌而导致的安全事故频发,所以,关于超高模板支架体系稳定性问题的研究成为业界的关注焦点。因此,对60 m高插接自锁式钢管支架进行整体稳定性分析和现场实测,并据此提出合理地优化搭设建议,对超高模板支架体系的设计和搭设具有指导意义。本文以插接自锁式钢管支架体系为研究对象,以咸阳市某实际工程项目为背景,以文献归纳总结和理论计算为基础,运用现场实测、有限元分析方法,开展了对60 m高插接自锁式钢管支架的受力特性和稳定性的研究。本文的主要研究内容及成果如下:1)首先阐述了插接自锁式钢管支架的计算原理,并依据规范对咸阳市某项目中60 m高插接自锁式钢管支架体系进行理论验算,并获得了支架内力分配情况。2)运用有限元软件建立了整个试验架体的模型,模拟得到施工荷载作用下各类杆件的应力分布情况以及变形趋势,同时对整个架体进行了特征值屈曲分析与非线性屈曲分析,在失稳模态下,立杆顶端最易发生变形,是整个架体的刚度最薄弱点;非线性屈曲分析得到整个支架在81.03k N发生屈服。3)对60 m高插接自锁式钢管支架进行了施工工况下的立杆、横杆和斜杆的内力现场实测;分析各类杆件之间荷载分配规律。结果表明:各类杆件的应力不稳定,其变化趋势以波浪形为主,且受力情况比较复杂,致使部分杆件处于受拉状态;实测结果与有限元结果对比分析,受力规律基本吻合,说明建立模型的参数假定的合理性;与规范计算结果比较,发现部分立杆的实测应力最大值大于规范计算值,说明单根立杆稳定性验算结果不能判断整个超高模板支架的稳定性,在架体搭设过程中需结合合理的构造措施来保障架体在施工荷载作用下的整体稳定性。4)建立有限元模型,定性地研究了架体的竖向斜杆数量和方式、水平剪刀撑、侧向约束、立杆伸出顶层水平杆长度、架体的高宽比等影响因素的规律。得出60 m高插接自锁式钢管支架的实用性结论以及给出了不同高宽比下的立杆稳定性计算长度修正系数,为超高插接自锁式钢管支架的工程实践、推广应用以及有关规程的修订提供有价值的参考。
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