插销式钢管脚手架节点性能研究

摘要

插销式钢管脚手架是由四川华通建筑科技开发有限公司发明的一种新型脚手架体系。该新型脚手架体系受到施工单位欢迎，已在建筑结构内外架工程、桥梁工程、临时房屋及舞台搭设等工程中应用。为了推广这一专利产品，需要对这一新型结构形式的脚手架体系的安全性进行科学的论证，故四川华通建筑科技开发有限公司资助重庆大学土木工程学院对其结构安全性进行研究，并在重庆市建设委员会设立了建设科研项目，项目编号为：城科字2006第46号，研究课题名称定为“插销式钢管脚手架安全性研究”。 整个研究课题分为三个子课题：①播销式钢管脚手架节点性能研究；②节点半刚性特性及基本受力单元体力学性能研究；③插销式钢管脚手架整架受力性能及安全性评价。本文作者参加了整个课题的研究，本论文主要论述了关于节点性能的研究内容及研究成果。 这一新型脚手架体系的安全性和稳定性关键在于其插销式节点的性能，因此本论文针对这种节点的特点进行了以下几方面的工作：①通过静力分析和试验实测对插销的稳定性评价；②通过理论分析、数值分析和试验实测研究焊缝对节点性能的影响；③通过数值分析和试验实测对节点传力机理研究；④通过试验实测对节点连接的半刚性特性研究；以及对脚手架基本受力单元体的力学性能和整体安全性进行研究。 本文取得了如下的主要研究成果：①插销式钢管脚手架节点插销在正常工作状况下会发生自锁现象，因而不会自动向上滑出；②节点焊缝裂纹的最大应力强度因子小于材料的平面断裂韧性，所以焊接裂纹是稳定的；③由V型耳的竖向承载力试验得到了节点V型耳的极限承载力和破坏模式，同时也验证了裂纹稳定性理论分析的正确性；④采用有限元程序成功地进行了节点受力的数值模拟；⑤通过试验实测得到了节点连接的半刚性特征值；⑥获得了基本受力单元体的受力性能并对整体稳定性进行了安全性评价。 本文的研究成果通过重庆市建设委员会组织的成果鉴定，被评价为已达国内领先水平，该成果解决了原企业标准中关于焊缝裂纹稳定性、节点插销稳定性、节点传力机理和破坏模式以及脚手架的计算模式等问题，为使用这种新型脚手架提供了一个理论依据，对推广该新型产品有着重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

1.1脚手架技术在我国的发展

1.2脚手架的分类

1.3本文研究的脚手架

1.3.1插销式钢管脚手架组件及工作原理示意图

1.3.2插销式钢管脚手架的特点

1.4研究内容和研究方法

1.4.1本课题的研究内容

1.4.2本文的研究目的

1.4.3本文的研究内容

1.4.4本文的研究方法

2插销连接可靠性研究

2.1引言

2.2插销静力分析

2.3试验测试

2.3.1试验设计

2.3.2试验结果及分析

2.3.3试验结论

2.4本章小结

3焊疑裂纹稳定性研究

3.1概述

3.2裂纹尖端区域的应力场及应力强度因子

3.3复合型裂纹的脆性断裂理论

3.3.1最大周向应力理论

3.3.2能量释放率理论

3.3.3应变能密度因子理论

3.3.4工程上应用的近似断裂判据

3.4断裂韧性

3.5节点焊缝区裂纹的稳定性分析

3.6本章小结

4V型耳承载力研究

4.1引言

4.2V型耳受力数值分析

4.2.1三维建模

4.2.2加载及求解

4.2.3有限元计算结果及分析

4.2.4计算结果分析

4.3V型耳极限承载力试验

4.3.1试验设计

4.3.2试验结果及分析

4.3.3试验结论

4.4本章小结

5节点传力机理及破坏模式

5.1引言

5.2节点受拉传力机理及破坏模式

5.2.1三维建模

5.2.2有限元计算结果及分析

5.3节点受压传力机理及破坏模式

5.3.1三维建模

5.3.2有限元计算结果及分析

5.4节点弯矩传递试验

5.4.1试验设计

5.4.2试验结果及分析

5.4.3试验结论

5.5本章小结

6节点半刚性连接特性研究

6.1插销式钢管脚手架的计算理论

6.1.1扣件式钢管脚手架的计算理论

6.1.2插销式钢管脚手架的计算理论与计算方法

6.2节点半刚性量测试验

6.2.1引言

6.2.2试验设计

6.2.3试验数据处理方法

6.2.4试验数据处理

6.2.5节点半刚性量测试验小结

6.3半刚性连接数值模型及节点连接刚度K的确定

6.3.1插销式钢管脚手架节点半刚性连接数值模型

6.3.2节点连接刚度K的确定

6.3.3小结

7基本受力体单元试验研究及整体安全性评价

7.1基本受力单元体试验研究

7.1.1试验背景与试验方案

7.1.2试验目的

7.1.3试验设计

7.1.4试件一试验数据处理

7.1.5基本受力单元体试验小结

7.2整架安全性能试验研究

7.2.1引言

7.2.2内架一试验设计

7.2.3与试验相关的有限元模型计算

7.2.4应变和位移测点的确定

7.2.5内架一试验结果分析

7.2.6小结

7.3本章小结

8结论

致谢

参考文献

附录