附着式升降脚手架风荷载及极限承载力的数值计算研究

摘要

高层建筑施工用附着式升降脚手架已经在工程中广泛使用，但由于设计、管理、材料质量等方面的不足以致事故时有发生。而在附着式升降脚手架施工中发现风荷载对其安全使用影响很大，于是找到一种方便实用的有限元方法解决附着式升降脚手架设计中风荷载效应问题，并使之用于校核附着式升降脚手架极限承载力就成了当务之急。
　　 选取CAARC高层建筑标准模型作为研究对象进行风压数值计算，对其建立了模拟风洞实验的三维实际尺度的计算模型并使用通用有限元软件ANSYS模拟其在大气边界层中的风压分布。计算时湍流模型使用标准K-E模型，高层建筑则建立刚性模型。根据对模型的计算，得到结构表面的风压分布情况，并与风洞实验结果进行比较。得出数值计算风压与风洞实验基本一致，更接近规范及其他文献的数值。
　　 利用材料的非线性模拟扣件的半刚性。经过数值计算获得与脚手架扣件转动刚度实验结果吻合的模型，在此基础上建立附着式升降脚手架有限元模型。
　　 将数值计算的结构表面风压施加在脚手架上，使用ANSYS进行数值模拟计算脚手架的极限承载力，与通过附着式升降脚手架风洞实验获得的极限承载力计算值及规范计算值进行对比，验证了在风向角为0°的风压作用下三者符合性很好。但在风向角为45°的风压作用下，后两者计算为安全的脚手架而数值计算明显安全性达不到要求。以往计算附着式升降脚手架只考虑0°风向角的风压作用，这对附着式升降脚手架施工而言是很不安全的。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 附着式升降脚手架在我国的应用

1.1.1 我国施工脚手架发展历程

1.1.2 附着式升降脚手架应用现状

1.2 附着式升降脚手架研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 港台及国外的研究现状

1.2.3 附着式升降脚手架存在的问题

1.3 本文的主要研究工作

1.3.1 高层建筑结构风压数值计算

1.3.2 节点的半刚性模拟

1.3.3 脚手架在风压作用下的极限承载力分析

1.3.4 工程应用

2 理论和数值计算方法

2.1 风工程理论

2.1.1 风速风压关系

2.1.2 基本风压

2.1.3 风载体型系数

2.1.4 风对结构的作用

2.1.5 结构抗风分析计算和风荷载公式

2.2 湍流理论及模拟

2.2.1 湍流运动的基本方程

2.2.2 湍流数值模拟的方法

2.3 梁单元的刚度矩阵

3 基于ANSYS的风压数值计算

3.1 概述

3.1.1 数值计算步骤

3.1.2 风压数值计算在ANSYS的实现

3.2 ANSYS简介

3.3 高层建筑标准模型风压数值模拟

3.3.1 CRRAC高层建筑标准模型

3.3.2 结构计算模型

3.3.3 计算区域设置

3.3.4 梯度风剖面风速模拟

3.3.5 其他参数设置

3.3.6 风压数值计算结果分析

4 附着式升降脚手架风载作用下的极限承载力

4.1 扣件半刚性模拟

4.1.1 扣件力学性能

4.1.2 利用材料的非线性模拟扣件半刚性

4.2 附着式升降脚手架极限承载力计算

4.2.1 脚手架挡风系数

4.2.2 附着式升降脚手架的构造

4.2.3 脚手架不计风荷载的承载力计算

4.2.3 风荷载作用下脚手架的承载力计算

5 工程应用

5.1 工程概况

5.2 脚手架系统组成

5.3 结构风压分布

5.4 脚手架施工荷载

5.4.1 荷载分类

5.4.2 荷载计算

5.5 脚手架整体安全性验算

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果