超高裝飾施工腳手架受力分析

中國目前的土木工程行業(yè)規(guī)模很大，同時項目事故數(shù)量非常少。其中，由于模型支架和框架坍塌，安全事故最多。王勇《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》(到目前為止,尚無雙立桿加固范圍、剪刀撐間距等對超高滿堂腳手架影響的研究報道。本文以實際工程為依托,建立滿堂腳手架有限元分析模型,針對不同搭設(shè)參數(shù)進(jìn)行定量地分析,研究立桿加固范圍、剪刀撐設(shè)置間距等因素對滿堂腳手支架系統(tǒng)受力性能的影響。1工程實例鄭州市民中心Ⅰ標(biāo)段大型科技館精裝修項目,位于鄭州市中原區(qū)雪松路?？萍拣^總建筑面積為78513m2腳手架的高寬比利用有限元軟件MidasCivil進(jìn)行不同工況條件下的支架受力分析計算。根據(jù)實際工程構(gòu)建數(shù)值分析模型,鋼管選取Φ48mm×3.0mm,鋼材型號為Q235,彈性模量為2.06×10滿堂腳手架搭設(shè)的高寬比是影響腳手架整體穩(wěn)定性的重要影響因素,在保持高寬比不變的條件下建立模型。本工程縱橫向?qū)捀弑葹?.256～3.092,為了便于建立模型進(jìn)行計算,取高寬比H/B=40.2/16=2.513。2.1豎向剪刀撐設(shè)計按照實際工程采用的搭設(shè)參數(shù),立桿縱橫間距為1m,水平桿步距為1.6m,縱橫每隔8跨(8m)設(shè)置豎向剪刀撐,每隔5步(8m)設(shè)置8m×8m水平剪刀撐。本節(jié)分析雙立桿的搭設(shè)范圍分別是5m,10m,15m,20m,30m的條件下,立桿、水平桿、剪刀撐內(nèi)力與變形,結(jié)果如表1和圖2所示(本文規(guī)定“+”表示桿件受拉,“-”表示桿件受壓)。2.2水平剪刀撐間距本節(jié)模型選取2.1節(jié)雙立桿加固范圍為20m,立桿縱橫間距1m,水平桿步距1.6m,豎向剪刀撐寬度8m,分析水平剪刀撐間距按3步一道(4.8m)、4步一道(6.4m)、5步一道(8m)、6步一道(9.6m)變化時超高腳手架內(nèi)力和變形,結(jié)果見表2和圖3。2.3腳手架受力分析為了研究豎向剪刀撐寬度對腳手架內(nèi)力的影響,本節(jié)同樣選取2.1節(jié)雙立桿加固范圍為20m,立桿縱橫間距1m,水平桿步距1.6m,水平剪刀撐5步一道的模型進(jìn)行腳手架受力分析。為了便于分析計算,本節(jié)模型采用相同高度,模型寬度依據(jù)豎向剪刀撐寬度作調(diào)整,計算結(jié)果見表3和圖4。3高性能框架的內(nèi)力和變形規(guī)律3.1豎向剪刀撐內(nèi)力立桿加固范圍不同時,由圖2可知:隨著立桿加固范圍的增大,水平桿、水平和豎向剪刀撐內(nèi)力均呈現(xiàn)先減小再增大,當(dāng)加固范圍為15～20m時,各桿件內(nèi)力變化平穩(wěn)。表明立桿加固范圍為腳手架搭設(shè)高度的1/3～1/2左右,受力較合理。3.2水平剪刀撐間距水平剪刀撐間距不同時,由圖3可知:隨著水平剪刀撐間距的增大,水平桿內(nèi)力先減小后增大,水平剪刀撐內(nèi)力先增大后減小,拐點是當(dāng)水平剪刀撐間距為5步一道(8m)時。表明水平剪刀撐間距的變化對水平桿和水平剪刀撐內(nèi)力影響較大,當(dāng)水平剪刀撐間距大于8m時,水平剪刀撐受壓力作用,水平桿承擔(dān)腳手架的水平力。3.3豎向剪刀撐寬度的變化豎向剪刀撐寬度不同時,由圖4可知:隨豎向剪刀撐設(shè)置密度的增加,水平桿、水平和豎向剪刀撐內(nèi)力均增大,豎向剪刀撐承擔(dān)的最大內(nèi)力是水平剪刀撐的2.1～2.3倍,但豎向剪刀撐寬度的變化對水平桿和剪刀撐的內(nèi)力影響不大。4加固范圍為20m的情況下各種民事模式的對比分析特征值屈曲分析屬于線性屈曲分析,它基于小位移變形理論,通過求解特征值屈曲方程預(yù)測結(jié)構(gòu)體系臨界失穩(wěn)荷載和特征屈曲形狀。為了模擬腳手架在極端工況下的破壞模式,在腳手架頂面角部5m×5m范圍內(nèi)施加10kN/m通過表4、圖5～圖14中不同條件下各個模態(tài)的特征值和雙立桿加固范圍為20m時五階振型模態(tài)對比分析可知:(1)圖5～圖9中超高腳手架的主要破壞形式為腳手架的水平側(cè)移,整體橫向失穩(wěn)而產(chǎn)生倒塌,表明腳手架與主體結(jié)構(gòu)的橫向拉結(jié)措施對腳手架的安全尤為重要;(2)圖10～圖14中超高腳手架的上部水平位移大于下部,架體整體倒塌的初始部位位于架體上部。因此腳手架中、上部應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)“抱柱拉結(jié)”;(3)圖10～圖14中各模態(tài)的最大水平位移分布在上部24m內(nèi),為改善超高腳手架上部水平位移情況,應(yīng)提出加密水平剪刀撐方案。5加固范圍為腳手架本文利用實際工程進(jìn)行有限元模擬計算分析,對超高裝飾施工扣件式鋼管腳手架進(jìn)行內(nèi)力與變形、屈曲分析的研究,得到以下結(jié)論:(1)立桿加固范圍為腳手架搭設(shè)高度的1/3～1/2左右,受力較合理。(2)水平