滿堂扣件式鋼管支撐架門洞寬度對其受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475004）

滿堂扣件式鋼管支撐架門洞寬度對其受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475004）

為了探討門洞寬度對滿堂扣件式鋼管支撐架受力特征的影響，通過SAP2000大型有限元軟件建立有限元模型，基于節(jié)點(diǎn)半剛性分析了門洞寬度變化對其在荷載作用下的彎矩、剪力、軸力分布特征的影響，得出門洞寬度對滿堂扣件式鋼管支撐架內(nèi)力的影響規(guī)律。

滿堂扣件式鋼管支撐架；門洞；SAP2000有限元軟件；三維有限模型；半剛性

0 引言

滿堂扣件式鋼管支撐架以成本低廉，施工方便，施工周轉(zhuǎn)快等優(yōu)點(diǎn)在混凝土現(xiàn)澆施工中得到了廣泛使用。在很多情況下，作為施工通道的門洞是滿堂扣件式鋼管支撐架的重要組成部分。門洞要承受上部結(jié)構(gòu)施工傳來的荷載，所以是整個(gè)模板支架體系的薄弱部位［1］。門洞寬度對保證施工期間物質(zhì)運(yùn)輸至關(guān)重要。因此，分析門洞寬度對其受力特征的影響十分必要。筆者應(yīng)用SAP2000有限元軟件建立有限元三維模型，節(jié)點(diǎn)設(shè)置為半剛性連接，取擰緊力矩T＝40 kN·m時(shí)的節(jié)點(diǎn)剛度［2～5］，深入分析滿堂扣件式鋼管支撐架的受力特征，得出門洞寬度對滿堂扣件式鋼管支撐架內(nèi)力的影響規(guī)律，期望為滿堂扣件式鋼管支撐架門洞的搭設(shè)提供參考。

1 建立模型

SAP2000有限元軟件具有強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析能力，相比其他有限元軟件，它在建模速度和設(shè)置半剛性節(jié)點(diǎn)方面有明顯的優(yōu)勢。

1.1 建模步驟

（1）通過設(shè)置三維坐標(biāo)軸的坐標(biāo)，迅速完成滿堂扣件式鋼管支撐架的立桿間距和步距等參數(shù)的設(shè)置；（2）通過選擇節(jié)點(diǎn)剛度的釋放，完成擰緊力矩T＝40 kN·m時(shí)的半剛性節(jié)點(diǎn)剛度設(shè)置。

1.2 模型結(jié)構(gòu)

為便于分析，采用立桿的縱、橫、步距均為1m的三維有限元模型（如圖1所示）?？奂戒摴苤渭艿拈L寬均為6m，高為7.4m。掃地桿與地面的距離、立桿伸出頂層的長度、橫向水平桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長度均為0.2m，沿X軸中間位置留設(shè)2m和4m寬的門洞。每根立桿頂端施加的集中力均為5 kN。

圖1 扣件式鋼管支撐架門洞三維模型圖Fig.1 The fastener－style tubular steel support frame door 3－D model

取三維有限元模型的XZ斷面進(jìn)行分析。為便于分析，沿Y軸由前向后標(biāo)出滿堂支撐架的行數(shù)。如，Y＝0為滿堂支撐架的i行；Y＝1m為滿堂支撐架的j行；Y＝2m為滿堂支撐架的k行；Y＝3m為滿堂支撐架l行。沿Z軸由上向下標(biāo)出滿堂支撐架的層數(shù)。如，Z＝7.2m為滿堂支撐架的1層；Z＝6.2m為滿堂支撐架2層；Z＝5.2m為滿堂支撐架3層；Z＝4.2m為滿堂支撐架4層；Z＝3.2m為滿堂支撐架5層。

2 滿堂扣件式鋼管支撐架門洞寬度對其受力的影響［6～8］

2.1 門洞寬度對其彎矩效應(yīng)的影響

門洞搭設(shè)高度為4.2m，通過對比門洞寬度為2m和4m時(shí)i行、j行、k行、l行模板支架的彎矩值，分析門洞寬度對其彎矩分布的影響。

采用門洞兩側(cè)立桿與門洞上方水平桿交叉點(diǎn)的彎矩作為分析對象，相應(yīng)的彎矩值如表1所示。

表1 門洞寬度為2m和4m時(shí)門洞兩側(cè)立桿與上方水平桿交叉點(diǎn)的彎矩值Tab.1 Bending moment value of the intersection of upright tubes on both sides of door opening and horizon bar above when the door opening w idth is 2m and 4m

由表1可以看出：門洞寬度由2m增大到4m時(shí)，寬度增大為原來的兩倍，相對應(yīng)的彎矩效應(yīng)增大為原來的3倍左右，彎矩的增大幅度明顯高于門洞寬度的增幅。由此可知：門洞寬度對彎矩效應(yīng)影響明顯，在施工中應(yīng)注意這一現(xiàn)象。

2.2 門洞寬度對其剪力效應(yīng)的影響

門洞搭設(shè)高度為4.2m，通過對比門洞寬度為4m和2m時(shí)i行、j行、k行、l行模板支架的剪力值，分析門洞寬度對其剪力分布的影響。

采用門洞兩側(cè)立桿與門洞上方水平桿交叉點(diǎn)的剪力作為分析對象，相應(yīng)的剪力值如表2所示。

表2 門洞寬度為2m和4m時(shí)門洞兩側(cè)立桿與上方水平桿交叉點(diǎn)的剪力值Tab.2 Shearing force value of the intersection of uprigh t tubes on both sides of door opening and horizon bar above when the door opening w idth is 2m and 4m

由表2可以看出：門洞寬度由2m增大到4m時(shí)，寬度增大為原來的兩倍，相對應(yīng)的剪力效應(yīng)增大為原來的2倍左右。剪力效應(yīng)的增加基本與門洞寬度的增加幅度同步。由此可知：門洞寬度變化對剪力影響較為明顯，但弱于對彎矩效應(yīng)的影響。

2.3 門洞寬度對其軸力效應(yīng)的影響

門洞搭設(shè)高度為4m，通過對比門洞寬度為4m和2m時(shí)i行、j行、k行、l行模板支架的軸力值，分析門洞寬度對其軸力分布的影響。

采用門洞兩側(cè)立桿與門洞上方水平桿交叉點(diǎn)的軸力作為分析對象，軸力值如表3所示。

表3 門洞寬度為2m和4m時(shí)門洞兩側(cè)立桿與上方水平桿交叉點(diǎn)的軸力值Tab.3 Axial force value of the intersection of upright tubes on both sides of door opening and horizon bar above when the door opening width is 2m and 4m

由表3可以看出：門洞寬度由2m增大到4m時(shí)，寬度增大為原來的兩倍，相對應(yīng)的軸力效應(yīng)增大為原來的1.5倍左右，軸力的增大幅度弱于門洞寬度的增幅。但是，剪刀撐上軸力增加的幅度非常大，由3.95 kN增加到14.84 kN，變?yōu)樵瓉淼?.76倍，在施工中需要特別注意。

3 結(jié)語

（1）門洞寬度增大為原來的2倍，彎矩效應(yīng)增大為原來的3倍，說明彎矩效應(yīng)的增加速度快于門洞寬度的增加速度，門洞寬度對彎矩效應(yīng)的影響較為顯著。

（2）門洞寬度增大為原來的2倍，剪力效應(yīng)增大為原來的2倍，說明剪力效應(yīng)的增加速度與門洞寬度的增加速度基本同步。

（3）門洞寬度增大為原來的2倍，除剪刀撐外，軸力效應(yīng)增大為原來的1.5倍，說明剪力效應(yīng)的增加速度低于門洞寬度的增加速度。門洞寬度對軸力效應(yīng)的影響不太明顯，但剪刀撐所受軸力增大為原來的3.76倍，施工中需特別注意對剪刀撐進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

［1］王緒華.利用扣件式鋼管巧搭大門洞［J］.中小企業(yè)科技，2007（07）：74－77.

［2］JGJ.130－2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］譚婷婷.扣件式鋼管腳手架在高支模技術(shù)中應(yīng)用［J］.施工技術(shù)，2013，42（增刊）：255－257.

［4］陳獎(jiǎng).水平加強(qiáng)層和豎向剪刀撐對扣件式模板支架穩(wěn)定承載力的影響［J］.建筑，2008，14（30）：59.

［5］張衛(wèi)紅，劉建民，朱國衛(wèi).基于整架試驗(yàn)的扣件式鋼管腳手架半剛性節(jié)點(diǎn)計(jì)算方法［J］.山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，24（1）：40－41.

［6］劉宗仁，涂新華.扣件式鋼管腳手架臨界力下限計(jì)算方法［J］.建筑技術(shù)，2001，32（8）：541－543.

［7］袁雪霞，金偉良，魯征，等.扣件式鋼管支模架穩(wěn)定承載能力研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2006，39（5）：43－46.

［8］施小明.基于特征參數(shù)分析的滿堂扣件式鋼管架支撐體系剛度研究［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2010.

[責(zé)任編輯 胡修池]

TU392.3

B

10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.010

2015-09-14

施小明（1983-），男，河南新鄉(xiāng)人，助教，碩士，主要從事道路與橋梁專業(yè)的教學(xué)與研究工作。