基于ANSYS扣件式钢管模板高支撑架计算模型_修改稿).doc

基于ANSYS的扣件式钢管模板高支撑架计算模型 陈海浪，王欢，张增峰，宋洁人 （浙江大学建筑工程学院，浙江杭州，310058） The Calculation Model of Fasten-Style Steel Pipe High-Scaffolding Based on ANSYS Chen Hailang, Wang Huan, Zhang Zengfeng, Song Jieren College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University, Hangzhou 310058 摘 要：本文依据ANSYS有限元计算方法对扣件式钢管模板高支撑架模型进行了模拟计算和分析，考虑了各种施工因素对模板高支撑架的不利影响，得出了一些在搭设和使用模板高支撑架时应给予重视的分析结论。 关键词：ANSYS，扣件式钢管架，模板高支撑架，半刚性节点，诱发荷载，计算模型 Abstract: This article simulates and analyses the model of fasten-style steel pipe high-scaffolding according to the calculation theory of ANSYS finite element, and different construction parameters are taken into account which would cause disadvantages to fasten-style steel pipe high-scaffolding. Finally the analytical result is brought forward which should be concerned during the construction and use of fasten-style steel pipe high-scaffolding. Keywords: ANSYS，fasten-style steel pipe frame，high-formwork support，semi-rigidity node， induced load，calculation model 1 引言 近些年来，随着我国城市建设的快速发展，在公共建筑中常遇到结构跨度和层高都比较大的梁板结构，如超高门厅、共享空间、多功能厅等顶部现浇混凝土楼盖的工程，在施工时就要用到模板高支撑支架。扣件式钢管模板支架是我国各类混凝土结构施工中最常用的模板支架体系之一，但是钢管构件之间是用扣件连接的，且搭设的方法又属于结构上的不稳定系统，至今还未曾有一种合适的理论计算模型来真实、准确的模拟和计算分析现场施工时模板高支撑架的受力情况。我国的工程技术人员在实际工程中也只是借鉴脚手架的计算方法对其进行设计，即对模板支架的立杆的计算长度L0作了一定的延长来保证立杆的稳定性，而且验算其稳定性也完全按照轴心受压构件来进行，因此，扣件式钢管模板高支撑架的稳定性难以保证。再加上组成高支撑架体系的构件质量难以保证，故而在工程中频繁发生高支撑架坍塌、人员伤亡的重大事故。所以，对扣件式钢管模板高支撑架的研究，还需要进一步地深入下去。本文通过对模板高支撑架的各种施工影响因素进行一定的合理简化，以形成不同的工况来进行施工模拟，施工影响因素如诱发荷载及其大小、扣件扭矩的大小和地基的不均匀沉降等；使用ANSYS有限元计算理论和方法来计算、分析及比较这些影响因素对扣件式钢管模板高支撑架稳定性的影响程度，以期从理论计算上能够得出一些结果，从而能给施工技术人员提供一些重要的参考。 2 计算模型的选用及建立过程 对扣件式钢管支架，目前常见的计算模型有框架模型、排架模型和铰接架模型，其中框架模型是钢管支架计算中最直观的模型，因为支架立杆和横杆的连接节点采用不可旋转的直角扣件连接，其计算是按照空间框架结构形式进行的。但是理想的框架模型的计算值与实验结果相比误差偏大，所以必须对该计算模型进行一些修正。实际上，在荷载作用下，扣件所连接的两根杆件之间微小的滑移是不可避免的，而且扣件的松紧程度也会对节点的性能产生很大的影响，因此笔者对节点进行了半刚性的处理，以其适应支撑架的实际工作情况。 在荷载作用下，扣件结点具有一定的抗转动刚度且抗转动刚度与扣件的质量和拧紧程度密切相关。扣件半刚性特性的模拟是指扣件连接处弯矩—转角M-θ之间的关系，因而，半刚性连接在ANSYS有限元方法中可以用弹簧单元来模拟，在这里选用COMBIN7单元来模拟弹簧。 如左图所示：COMBIN7单元是一个3-D的钉销（或弹簧）连接，它可以用来模拟计算模型中两个或者更