扣件式钢管模板支架节点半刚性及稳定承载力研究

作     者：范玉川 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾凡奎

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 0814[工学-土木工程] 

主      题：扣件式钢管模板支架 直角扣件 节点半刚性 稳定承载力 

摘      要：扣件式钢管模板支架具有使用成本低、搭设方便、承载力高等优点,其使用量在众多模板支撑体系中位居首位。但目前扣件式钢管模板支架节点刚度取值与实际节点工作状况不相符合以及对节点半刚性研究缺乏系统的积累,因此有必要开展节点半刚性研究并完善其设计理论。本文以直角扣件螺栓扭转力矩为主要研究参数,对不同工况情况下直角扣件扭转刚度性能进行试验研究,通过建立节点弯矩-转角关系模型,研究节点半刚性连接受力性能及转动特性;根据试验研究确定的节点刚度值,借鉴有侧移半刚性连接框架理论,对横杆刚度修正系数αu、立杆端部约束系数K计算公式进行推导,并分别按照理论计算公式和现行规范计算公式,对不同搭设参数下立杆稳定承载力进行计算;利用有限元软件建立扣件式钢管模板支架有限元分析模型,并对有限元模型进行参数化分析,研究不同搭设参数对扣件式钢管模板支架稳定承载力影响关系;结合实际工程对扣件式钢管模板支架重点立杆进行应力监测,研究扣件式钢管模板支架在混凝土浇筑过程中立杆实际受力情况,并对实测工程中立杆稳定承载力进行计算。主要研究成果如下:直角扣件扭转刚度性能试验研究表明:直角扣件螺栓扭转力矩由20N·m增加到30N·m时,节点初始刚度值提高百分比最大,且节点初始刚度值与横杆长度无关;根据建立的节点弯矩-转角关系模型,得到了不同工况情况下节点初始刚度值,并提出了直角扣件螺栓扭转力矩与节点初始刚度值的关系式。通过对扣件式钢管模板支架稳定承载力理论研究,推导了横杆刚度修正系数αu、立杆端部约束系数K的简化公式,并给出了不同工况情况下立杆计算长度系数μ及立杆稳定承载力理论值,与现行规范值对比发现,步距减小相同情况下,立杆稳定承载力提高百分比理论计算结果比规范计算结果大3～4倍,理论计算方法可以较好的考虑节点半刚性特性及相邻构件对立杆稳定承载力的影响。通过有限元参数化分析发现,仅设置水平剪刀撑立杆稳定承载力提高2%,但最大横向位移可减小20.3%～50.2%;设置竖向剪刀撑对立杆承载力影响显著,且竖向剪刀撑对立杆稳定承载力提高的百分比与步距有关,随着步距的增加设置剪刀撑对立杆稳定承载力提高百分比变大;架体高宽比在满足现行规范要求下,高宽比较小时,对架体稳定承载力影响较大。对实际工程重点立杆应力监测发现,混凝土浇筑过程中,梁底立杆受力较梁两侧立杆受力大,架体上部位置立杆应力最大,并给出了施工中加强上部立杆具体措施;同时结合本文立杆稳定承载力计算方法,给出了实测工程中直角扣件螺栓不同扭转力矩下立杆稳定承载力理论值。