高层建筑施工防护体系性能分析与新型节点研发

摘要

由于城市化进程的加快和土地资源的紧缺，高层建筑在日常生活中日益普遍,传统脚手架已经无法满足高空环境下建筑活动的需求。而在诸多新兴的高空防护设备中,附着式升降脚手架和工字钢悬挑脚手架因为高效、安全、节约材料、可重复利用等优点被广泛应用,同时也在各技术细节取得了较大的突破。 本文从附着式脚手架和工字钢悬挑脚手架出发，以现有理论为基础,利用有限元模拟与现场试验，得到了装配新型构造节点的脚手架体系受力分布情况、技术特点和最不利工况，同时找到了影响脚手架体系性能的关键因素。本文所做的工作及得到的主要结论如下： （1）从基本力学理论入手，类比钢结构建筑的不同以及结合现有混凝土节点的附着特征，创新设计了四种适用于附着式升降脚手架和钢结构建筑的连接节点。同时利用有限元模拟以及现场试验对所提出的四类新型节点在多工况下的受力特点进行分析，得到了四类节点的最不利荷载位置和极限承载力。通过分析节点附着在钢梁不同位置、不同截面等工况，找到了节点作用的最不利位置在跨中，节点工作性能随着附着钢梁截面高度的减小而迅速衰减等普遍规律。 （2）与本地建筑设备公司合作，根据目前使用的LZC10型附着式脚手架的规格设计了一榀钢框架作为建筑结构进行现场试验,试验中脚手架节点和钢框架均按照实际尺寸进行加工制作。根据有限元分析结果对脚手架和钢框架关键部位的应变进行了动态监测，通过对加载、施工、升降、防坠的施工全过程试验研究，得到了节点和钢结构框架的应变曲线，验证了节点的应力和变形特征。此外还通过破坏试验观察对比了截面最小钢梁加固前后的变形破坏状态，发现钢梁截面属性特别是抗扭性能对节点的破坏具有决定性的影响。 （3）工字钢悬挑脚手架所使用的新型防护外网较之前的密目安全绿网更加高效和安全美观,但自重影响以及对风荷载的敏感程度也明显增强。通过对单个防护单元、同侧脚手架、四周封闭脚手架体系进行应力与位移的对比分析，发现最大应力出现在防护板钢骨架上，板面因风荷载产生较大的变形。通过分析不同高度风荷载作用下架体的受力特点，得到了架体的极限高度约115m。根据实际使用时风荷载对防护板产生的局部变形，在最大应力附近位置施加多种转角位移，得到了板面支座的变形对脚手架体系应力分布和水平位移的影响关系。

目录

声明

第 1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2附着式升降脚手架概况

1.3工字钢悬挑脚手架概况

1.悬挑梁式工字钢脚手架

2.上拉式工字钢悬挑脚手架

3.下撑式工字钢悬挑脚手架

1.4国内外研究现状

1.4.1国内研究现状

1.4.2国外研究现状

1.5主要研究工作

第 2章脚手架类高空防护体系计算理论和构造特点

2.1一般（传统）脚手架的基本计算理论

2.1.1杆件强度计算

2.1.2杆件稳定性计算

2.1.3杆件挠度计算

2.1.4风荷载标准值的计算

2.2附着式升降脚手架的基本计算理论

2.3工字钢悬挑脚手架的基本计算理论

2.4附着式升降脚手架体系的应用

2.4.1附着式脚手架体系的基本构造

2.4.2附着式脚手架体系的安装顺序

2.5工字钢悬挑式脚手架体系的应用

2.5.1工字钢悬挑式脚手架体系的基本构造

2.5.2工字钢悬挑式脚手架体系的安装顺序

2.6本章小结

第 3章附着脚手架新型钢结构附着节点应用研究

3.1引言

3.2钢结构附着节点设计

3.2.1混凝土附着节点设计原理

3.2.2附墙导座工作原理

3.2.3新型钢结构附着节点的构造特点

3.3钢结构附着节点有限元分析

3.3.1附着脚手架架体概况

3.3.2节点结构材料特性

3.3.3节点荷载及约束

3.3.4节点强度及变形模拟

3.3.5节点在不同工况下的分析结果

3.4附着节点最不利位置

3.5本章小结

第 4章新型钢结构附着节点足尺试验研究

4.1前言

4.2试验概况

4.2.1架体部分基本试验情况

4.2.2附着节点基本试验情况

4.2.3试验目的

4.2.4试验装置和仪器

4.2.5试验方案

4.3试分析

4.3.1试验过程

4.3.2试验结果分析

4.4破坏试验

4.4.1破坏试验过程

4.4.2试验结果分析

4.5本章小结

第 5章新型防护钢外网对工字钢悬挑脚手架的影响

5.1引言

5.2工字钢悬挑脚手架型钢支座的力学模型

5.2.1型钢支座模型的基本假定

5.2.2支座模型的计算简图

5.2.3计算条件

5.2.4型钢支座模型的计算公式

5.3工字钢悬挑脚手架有限元分析过程

5.3.1有限元模型的建立

5.3.2有限元模型参数设置

5.4有限元结果分析

5.4.1不同高度风荷载作用下架体有限元结果分析

5.4.2连接防护板支座处施加转角位移条件下的结果分析

5.4.3脚手架围绕建筑封闭布置时模拟结果分析

5.4.4钢板防护网细部分析

5.5本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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