【摘 要】
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盘扣式钢管支架由于自身拆装方便、稳定性高、承载力大,支撑高度相对较大,逐渐成为现代现浇桥梁的首选,但因杆件本身属于薄壁杆件,横杆、立杆之间属于半刚性联结,所以节点刚度大小对支架整体稳定性的影响还有待研究。本文在有限元数值分析和理论研究的基础上,以盘扣式支架节点、立杆和满堂支架为研究对象,分别对支架节点半刚性特性及取值、立杆极限承载力、支架承载力和稳定性影响因素进行研究。主要内容如下:（1）搜集大量
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盘扣式钢管支架由于自身拆装方便、稳定性高、承载力大,支撑高度相对较大,逐渐成为现代现浇桥梁的首选,但因杆件本身属于薄壁杆件,横杆、立杆之间属于半刚性联结,所以节点刚度大小对支架整体稳定性的影响还有待研究。本文在有限元数值分析和理论研究的基础上,以盘扣式支架节点、立杆和满堂支架为研究对象,分别对支架节点半刚性特性及取值、立杆极限承载力、支架承载力和稳定性影响因素进行研究。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,针对支架坍塌原因采用文献研究法总结国内外学者关于支架力学性能的研究成果和研究方法,研究结果表明支架坍塌的主要原因是失稳破坏而非强度破坏,支架节点的半刚性刚度值和立杆的失稳临界荷载都与支架的承载力和稳定性有关。（2）改变杆件两端的固定方式,研究两端铰接、两端固接、一端固接另一端铰接和一端固接另一端自由的连接方式下。通过欧拉公式和相关规范计算步距为1.0m、1.5m和2.0m的立杆的临界荷载,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的稳定性时,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,规范法计算结果小于欧拉公式计算值,本文通过半刚性钢框架稳定理论对欧拉临界荷载公式进行了修正。（3）采用ABAQUS有限元软件对支架盘扣节点抗拉刚度、抗剪刚度、抗扭刚度、抗弯刚度和立杆—立杆连接节点处的抗弯刚度进行了数值模拟,通过二参数对数模型拟合的荷载位移曲线与试验相吻合,而采用三线性模型拟合的荷载位移曲线也能够满足工程精度要求。其中,盘扣节点抗拉刚度以40k N和56k N为分段点,三阶段刚度值分别为:128000k N/m、17000k N/m和7000k N/m;盘扣节点抗剪刚度以32k N和36k N为分段点,三阶段刚度值分别为:65000k N/m、29000k N/m和13000k N/m;盘扣节点抗扭刚度以600N.m和800N.m为分段点,三阶段刚度值分别为:32k N.m/rad、11k N.m/rad和9k N.m/rad;盘扣节点抗弯刚度以600N.m和800N.m为分段点,三阶段刚度值分别为:24k N.m/rad、5k N.m/rad和2k N.m/rad;立杆-立杆连接节点处的抗弯刚度以600N.m和800N.m为分段点,三阶段刚度值分别为:24k N.m/rad、5k N.m/rad和2k N.m/rad。（4）通过ABAQUS有限元软件,模拟计算支架步距为1.0m、1.5m和2.0m的立杆在存在横向荷载时的临界荷载值,在有限元数值模拟的基础上采用三参数指数模型拟合立杆临界荷载-横向荷载,将数理统计方法拟合的临界荷载-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。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和立杆边界条件的关系很小,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。（5）依托实际的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模型,将研究得到的节点刚度值带入有限元模型进行静力分析,将支架有限元计算的轴力和位移与实际监测值进行对比,验证半刚性节点刚度值的合理性。研究满堂支架的极限承载力和稳定性及其影响因素,对依托工程的盘扣式满堂支架的稳定性进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,通过单一变量原则对影响支架稳定承载力的节点刚度、杆件布设等因素进行研究,并对支架立杆稳定承载力计算公式进行修正。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。对支架进行线性和非线性分析,研究表明材料非线性对支架的影响较小。支架杆件布设中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。在盘扣式满堂支架设计计算中,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满堂支架的稳定性。
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