新型装配式托臂支架力学性能及应用研究

来源 :河南大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:William_hui
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随着城市化进程的发展,支吊架系统在综合管廊、建筑安装行业中的应用日益广泛,因此,对支吊架系统的要求也越来越高。目前,传统焊接支架在我国机电行业以及建筑安装行业的使用中仍占较大比例,这一现状急需得到改善。传统焊接支架存在很多弊端:(1)在工程现场施焊困难、效率低下;(2)传统焊接支架的力学性能无法保证,而且耐腐蚀性差,后期更换困难;(3)在安装过程中会对混凝土主体结构产生破坏,降低结构承载力。而装配式支吊架系统的兴起,可以有效的解决这些问题。托臂支架在支吊架系统中的应用最为广泛,本文对托臂支架的布置原则和受力形式进行了调研,以此为基础,设计了两类新型装配式托臂支架共4个,包括附加方管类托臂支架和加劲类托臂支架,对其力学性能进行研究。首先,对4种足尺模型的新型装配式托臂支架进行拟静力试验,分析托臂支架的破坏状态、受力机理、承载力和位移。其次,采用有限元法基于有限元软件ANSYS Workbench,考虑三重非线性,对托臂支架进行非线性有限元模拟。以新型装配式托臂支架的试验数据作为基础,对托臂支架的受力机理、应力分布、承载力、破坏模式等与有限元模拟结果进行对比分析;在验证有限元结果正确性的基础上建立基准有限元模型,对新型装配式托臂支架进行变参数分析,研究槽钢的屈服强度/壁厚/长度、底板厚度、加劲长度、附加方管的长度、螺栓布置形式以及槽钢与底板之间的角度等因素对新型装配式托臂支架力学性能的影响,研究结果表明:(1)由新型装配式托臂支架的试验结果可知,4种构件发生破坏的模式均为强度破坏,其中两中心孔螺栓托臂支架的承载力最大,极限荷载可以达到11.2k N,在试验过程中,加劲类托臂支架在达到屈服临界荷载前,对位移的控制较好。(2)新型装配式托臂支架的试验结果和有限元结果拟合良好,荷载-位移曲线的发展趋势较为一致,由于构件自身缺陷以及试验加载系统的局限性,使得两种结果存在一定的误差,但误差在可控范围之内。对两种结果进行综合分析可得,试验结果的屈服承载力、坏破模式、受力机理、变形过程与有限元结果比较吻合,验证了有限元模拟的正确性,为后续变参数分析奠定了基础。(3)在参数分析过程中,减小槽钢的长度,新型装配式托臂支架的承载力显著提高,并且构件的整体刚度稍微增大,槽钢的屈服强度/壁厚以及附加方管长度对新型装配式托臂支架的承载力有较大影响,而螺栓布置形式与底板的厚度对其产生的影响则较小。对于附加方管类托臂支架,当方管长度在100-200mm时,支架的承载力随着方管长度的增加明显增大;改变槽钢与底板之间的角度,会对可调节托臂支架的承载力以及结构刚度产生很大影响,主要与MC-21槽钢的位置相关,MC-21槽钢到底板距离越小,构件的承载力越大。(4)在试验和有限元分析的基础上,选择优势参数对新型装配式托臂支架进行优化,设计的SAB-28构件,屈服承载力可以达到9.15k N,相对于优化前的支架,质量更轻,并且能满足工程改造项目中承载力的使用需求。在提高单个支架承载力的基础上,可适当增大托臂支架的纵向间距,可以节约支架的使用数量。以220k V电缆支架为例,如果纵向间距设为2-3m,承载力的要求在9.6-13.2k N,优化后的SAB-29构件,承载力可达到14.2k N,不仅能满足承载力的要求,而且可以提高管廊的空间利用率以及安装效率。(5)对新型装配式托臂支架、传统焊接支架、复合支架的综合性能指标进行对比分析可得,新型装配式托臂支架在承载力、安装效率、耐腐蚀性、经济环保等方面表现良好,进而印证了新型装配式托臂支架在实际工程中应用的可行性。
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