独立支撑脚手架基本受力单元体稳定性能研究

摘要

自2010年建筑业10项新技术推广以来，一些新型的、先进的模板脚手架迅速发展，它们的推广及应用，体现了安全、高效、节能、环保、经济等特点，也收到了良好的技术经济效益。近几年来，国家为建设资源节约型、环境友好型社会，相继出台了一系列鼓励节材、代木的政策法规，独立支撑脚手架符合这一政策法规。尽管我国早在30年前就有少数单位开始尝试使用独立支撑脚手架，但由于安全性这方面还没有出台相应的国家标准或行业规范，一些工程在应用时受到监理的阻扰或干预，甚至为了安全考虑不予使用。本次研究工作通过对独立钢支撑脚手架进行受力性能的试验研究、理论分析和有限元模型模拟等研究手段，确定了独立钢支撑脚手架基本受力单元体受力机理和受压稳定性能，研究成果可为独立钢支撑脚手架安全性研究提供理论支撑，为实现适合我国国情的新型脚手架发展之路提供理论依据。
　　本文从独立钢支撑脚手架稳定性能入手，在试验分析的基础上结合理论模型分析与有限元模拟相结合的研究手段，得出的主要内容和结论如下:
　　(1)假定了独立钢支撑脚手架的计算模型，参照试件状况及试验现象对模型进行改进，推导出带有变铰链高度及初始弯曲的Shanley模型计算公式。
　　(2)通过不同工况的独立钢支撑脚手架受压稳定性试验，得出以下结论:随着上部约束的增加、试件高度的降低，脚手架的受压承载力大幅度提高;破坏方式为失稳破坏，薄弱点为内、外管节点处，破坏时插销没有发生破坏。通过将理论与试验失稳破坏荷载对比分析可知当试件高度为3500mm，内管伸入外管长度l1≤200mm计算失稳荷载时，Shanely理论模型适用。但当试件高度为2770mm，内管伸入外管长度l1≥930mm计算失稳荷载时，轴心压杆的弹性屈曲理论适用。内管伸入外管长度200＜l1＜930mm计算失稳荷载时，为了留有一定安全储备，使用Shanely理论改进模型计算。
　　(3)通过有限元软件ABAQUS建立独立钢支撑脚手架模型，采用实体建模的方法，根据相关资料定义脚手架的各项特征，模拟独立钢支撑脚手架基本受力单元体在三种不同工况下的受力稳定性。并通过有限元模拟结果与试验结果的荷载-挠度曲线对比，发现有限元模拟结果形成的曲线与试验结果所得的曲线在弹性阶段高度吻合，曲线变化趋势基本一致。此外，估算得出了独立钢支撑脚手架在3500mm和2770mm两种试验状态下初始弯曲具体数据的范围。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究背景

1．3 国内外脚手架发展及分析

1．3．1 建筑脚手架的国外发展

1．3．2 建筑脚手架的国内发展

1．4 独立支撑脚手架组成

1．5 本文的研究目的和研究方法

1．5．1 本文的研究目的

1．5．2 本文的研究内容及研究方法

1．6 论文的技术路线图

1．7 课题来源

第二章 独立支撑脚手架受压稳定性理论

2．1 钢结构轴心受压稳定性计算理论

2．1．1 切线模量理论

2．1．2 双模量理论

2．1．3 Shanley理论

2．2 初弯曲对轴心受压试件的影响

2．3 Shanley理论模型的改进

2．3．1 Shanley理论模型变铰链高度的改进

2．3．2 Shanley理论模型初始弯曲改进

2．4 本章小结

第三章 独立支撑脚手架受压试验研究

3．1 引言

3．2 独立支撑的受压试验

3．2．1 试验目的

3．2．2 试验试件

3．2．3 试验仪器

3．2．4 试验装置

3．2．5 上部球铰的设计

3．2．6 试验方法

3．2．7 试验载荷

3．2．8 试验步骤

3．3 试验现象

3．4 荷载—应变曲线分析

3．5 荷载—挠度曲线分析

3．6 试验值与理论对比分析

3．6．1 DLZ-1试验值与理论分析

3．6．2 DLZ-2试验值与理论分析

3．6．3 DLZ-3试验值与理论值分析

3．7 本章小结

第四章 独立钢支撑脚手架有限元模拟与分析

4．1 引言

4．2 独立钢支撑脚手架有限元模型的建立

4．2．1 创建三维模型

4．2．2 有限元模拟结果

4．2．3 分析对比

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 独立钢支撑脚手架的改进

5．3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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