混凝土结构扣件式模板支撑体系数值分析

第３２卷第６期　Ｖ０Ｉ．３２　Ｎｏ．６　・７２－　２　０　０　６年３月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸｆ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｍａｒ　２ｏｏ６　文章编号：１００９．６８２５（２００６）０６．００７２．０２　混凝土结构扣件式模板支撑体系数值分析　周铁峰侯基行章雪峰　摘要：结合现场检测实验，运用数值分析方法建立混凝土楼板和扣件式模板支撑体系整体三维模型，分析了混凝土浇　筑过程中立杆、水平杆及剪刀撑轴力的变化关系，并与实测值比较分析，验证模型的正确性。　关键词：扣件武钢管，模板高支撑体系，有限元，现浇混凝土　中图分类号：ＴＵ７５５．２　文献标识码：Ａ　引言　刀撑在水平面连续设置；同时支撑架四周外侧立面连续设置垂直　扣件式钢管模板支撑体系是我国建筑施工中最常见模板支　剪刀撑。　撑体系之一，使用率占到总量的７Ｏ％以上，但由于此类结构设计　４）支撑架内６００×２　２００，２５０×５００，３５０×１　０００梁两侧立杆　计算存在着不确定、不安全的因素，导致了模板坍塌事故频发。　处设置垂直剪刀撑，剪刀撑在立面上连续设置。　因此，十分有必要对扣件式钢管模板支撑架整体结构特性进行研　１．３测点的布置和检测的内容　究，以便建立起能正确反映模板支撑架实际受力情况的设计计算　支撑架测点布置见图１，每个测点的检测时间从模板搭设、钢　模型，减少或杜绝类似结构的安全事故发生。运用ＡＮＳＹＳ有限　筋绑扎、混凝土开始浇筑、混凝土浇筑完毕、混凝土养护的整个过　元软件…建立模板支撑体系整体三维模型进行计算，是目前对支　程。在这个过程中，检测立杆、水平杆、垂直剪刀撑、水平剪刀撑　撑架整体结构尚缺乏较多实验研究的情况下可以采用的一种较　轴力随时间的变化情况。　好手段。为了验证所建立结构分析模型的可靠性，特通过现场检　测实验，以实测数据作为数值模型及参数的依据。　１现场检测实验　１．１　工程概况　所检测的某工程Ｃ区五层楼面ｌ５轴一ｌ８轴／Ｆ轴～Ｈ轴线　区域的模板支撑体系。该区域位于中心剧场观众席上空，支撑架　搭设高度为３０　ｍ，并且两根梁（截面尺寸６００×２　２００）跨度达３５　ｍ，　具体结构布置见图ｌ。　１．２支撑架搭设方案　３０　ｍ高支撑架测点布置图　１）粱侧立杆距梁边为３００　ｍｍ，其中６００×２　２００的粱底设两　注：测点处距柱子中心距离为１８ｍ，０・表示测点在立杆１处。梁侧立杆（有板）；　根支撑立杆，支撑立杆在粱宽方向间距为４００　ｍｍ，在粱长方向也　表示测点在立杆２，梁底立杆；＠　表示测点在立杆３，梁底立杆；圆　表示测　点在立杆４，梁侧立杆（无板），垂直剪刀撑和水平剪刀撑处测点未标出　为４００　ｍｍ，５００×１　ｏｏ０的次梁底设一根支撑立杆。　圈１　结构平面布置和支撑架测点布置圈（单位：栅）　２）支撑架步距为ｌ　６００　ｍｍ，扫地杆和水平支撑杆纵横接通，　立杆高度为３０ｍ。　１．４检测结果　３）水平剪刀撑沿高度方向每隔二排水平支撑杆设置一道，剪　支撑架轴力检测结果见图２。　又存在不同，故进行加载时需具体结构以及具体某个截面的影响　不如专业软件的一个主要的方面。　线的特点进行选择加载车队的位置。通用有限元程序求解结构　参考文献：　活载内力是采用时程分析可以求得各截面的内力与变形时程曲　［１］王勖成．有限元法［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３．６５－６６．　线，可以直接从时程曲线上得知各截面的极值，利用挂车加载时　［２］任辉启．Ａｎｓｙｓ７．０工程分析实例详解［Ｍ］．北京：人民＿邮电出　计算比较方便，但汽车加载时不如专业软件简单，这是通用软件　版社．２００３．４０　４１．　Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＦＥＭ　ｏｆ　ｌｏｎｇ　ｓｐａｎ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ＨＥ　Ｃｈｕｎ－ｌｏｎｇ　ＤＵ　Ｄｅ－ｒｏｎｇ　ＬＵ　Ｐｅｎｇ－ｚｈｅｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　Ｓ（￣－ｎｅ　ｌｏｎｇ　ｓｐａｎ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅ　ｉｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｈａｓｅ　０ｎ　Ｄ州ｅｄｕｒｅ　３ｄｆ　ｒｅ　ＡＮＳＹＳ　ｏｆ　ＦＥＭ，ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ａｒｅ　ｔａｍｅｄ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔ　ａｒｅ　ｈｅｌｐｆｕｌ　ｆｏｒ　ｔｈｉｓ　ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ　ｏｆ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋ　ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｏｆ　ＦＥＭ，ｂｏｘ　ｇｉｒｄｅｒ　收稿日期：２００５—１０—１５　作者简介：Ｎ￣Ｉｔ（１９７３一），男，工程师，绍兴县公路管理段，浙江绍兴３１２０００　￣（１９７４一），男，工程师。诸暨市交通勘察设计室。浙江诸暨３１１８００　章雪峰（１９８Ｏ一），男，浙江工业大学建筑工程学院在职研究生，浙江杭州３１００１４　维普资讯 http://www.cqvip.com

第３２卷第６期　２　０　０　６年３月　周铁峰等：混凝土结构扣件式模板支撑体系数值分析　・７３・　２●Ｏ　９　８　７　６　５　４　３　２●Ｏ　值上，计算值大于实测值，最大相差１．３６　ｋＮ。同样，立杆４底部　轴力计算值与实测值也较接近，轴力出现峰值的时间，稳定状态　均较一致。垂直剪刀撑和水平剪刀撑的实测值和计算值均较小，　计算值略大于实测值。　９　８　７　６　５　４　３　２娶　择　蕈　长　薜　３．２结果分析　有限元计算结果与实测值比较表明，模型计算结果与实测值　混凝土大粱混凝土混凝土　混凝土浇混凝土浇　基本保持一致，但现场实测只检测了立杆底部的轴力，没有检测　浇捣前浇捣一半　全部浇完时问　捣后３　ｈ　捣后３　ｄ　立杆顶部的轴力。在计算结果中，高支撑架顶部轴力和底部轴力　相差较大。分析可知，梁下立杆３顶部轴力明显大于底部轴力，　这是由于水平杆的调节作用。边杆（杆４）顶部轴力很小，是由于　杆４顶部并无楼板支撑，杆４底部轴力则是由水平杆和剪刀撑传　圈２　３０ｍ高支撑架测试结果　２模板支撑体系数值模型的建立　２．１模型单元的选择和混凝土本构关系的确定　递过去，比顶部轴力大得多。　模板支撑体系数值模型中选用ｐｉｐｅ１６管单元模拟钢管支撑　在２．２　ｍ大梁浇筑完毕时立杆不同部位轴力变化情况：梁下　架，ｐｉｐｅｌ６的参数取值按照实际使用的钢管的参数。用ｓｏｌｉｄ６５单　立杆２和立杆３顶部轴力最大，到中部则减小，到底部则还略有　元模拟钢筋混凝土结构，钢筋采用整体式配筋，配筋率取用实际　增加，立杆４则从顶部到底部逐渐增加，板下立杆ｌ从顶部到中　设计值，混凝土的弹性模量、应力应变关系曲线参照早龄期混凝　部增加较快，中部到底部则增长较缓。显然立杆这种沿杆位置的　土Ｉ５１的性质确定。　轴力变化无法用简单的力系平衡方法确定，在实际工程中与扣件　２．２单元网格划分和荷载的取值　的作用与水平杆及剪刀撑的布设关系较大，但上述分析结构说明　模型中ｓｏｌｉｄ６５单元几何尺寸采用实测工程中的梁板尺寸，钢　水平杆和剪刀撑在支撑体系对上部支撑架体系的轴力调节作用　管单元采用实测工程中钢管支撑的间距、步距等参数。模型中梁　是较明显的，且立杆中轴力的变化是客观存在的，其大小变化规　板均采用ｆｎａｐｐｅｄ划分，板与支撑之间用ｃｏｕｐｌｅ耦合（耦合ＵＸ，ｕｙ，　律与支撑体系与主体结构体系的构成有关，也就是说，在支架体　ＵＺ三个方向的位移）。　系的设计中，需要考虑立杆轴力局部加大的因素，简单地视为整　施加约束及荷载：大梁两端实际是与柱子整浇的，模型中将　杆上、下轴力均匀是偏于危险的。　大梁两端约束ＵＸ，ｕｙ，ＵＺ，ｒｏｔｘ，ｍｔｙ，ｒｏｔｚ来模拟固接，当混凝土刚　４结语　刚浇筑还未形成刚度时，以释放部分约束来模拟这种工况。荷载　１）通过模拟混凝土浇筑过程的工况条件，所得计算值与实际　分别考虑规范规定的施工活荷载以及模板与支撑架自重，取值为　３　ｋＮ／ｍ２左右，而自重则由ＡＮＳＹＳ自动产生。　工况条件下的所测轴力在变化规律』二较一致，在具体数值上也较　接近，说明了模型的正确性。　３有限元计算结果分析　２）模型计算表明，支撑架顶部轴力与底部相差较大，直接承　３．１　有限元计算结果与实测结果比较　受主要自重荷载的立杆顶部轴力往往比底部轴力大，而非承受主　ＡＮＳＹＳ计算结果见图３（计算值为立杆底部轴力）。从中可　要荷载与顶部不承受荷载的立杆底部轴力往往比顶部轴力来的　以看出计算结果与实测结果变化规律上基本一致，轴力随着混凝　大。由于立杆上、下端轴力的不均匀性，使立杆稳定验算时必须　土的浇筑逐渐增加，当混凝土浇筑完毕后轴力基本趋于稳定，并　考虑不同的位置问题。　在３　ｄ养护期内稍有增加。　３）同一立杆，顶部和底部都不一定是峰值的位置，峰值位置　与支撑的布置情况有关，具体的规律性尚须进一步研究。　参考文献：　［１］任重．ＡＮＳＹＳ实用分析教程［Ｍ］．北京：北方大学出版社，　２００３．２４—２５．　［２　３ＪＧＪ　１３０—２００１，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范［Ｓ】．　［３］林璋璋，杨傻杰，多层模板支撑体系的实测分析［Ｊ］．施工技　术，２００５（３）：４５—４６．　混凝土　浇筑完粱浇筑完粱全部混凝土浇筑完　浇筑前高１．２ｍ高２，２ｍ浇筑完３　ｈ　３ｄ　［４］袁　勇．混凝土结构早期裂缝控制［Ｍ］．北京：科学出版社，　浇筑时间　２００４．４１—４４．　圈３　支撑架轴力有限元计算结果　［５］赵挺生，蔡明桥，李树逊．混凝土建筑结构施工设计［Ｍ］．北　立杆１底部轴力计算值与实测值变化规律完全一致，具体数　京：中国建筑工业出版社，２００４．６０—６１．　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆａｓｔｅｎｉｎｇ　ｂｏａｒｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＺＩｔＯＵ　Ｔｉｅ－ｆｅｎｇ　ＨＯＵ　Ｊｉ－ｈａｎｇ　ＺＨＡＮＧ　Ｘｕｅ４ｅｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｆｉｅｌｄ　ｔｅｓｔ，ｉｔ　ｂｕｉｌｄｓ　ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｌｏｏｒ　ａｎｄ　ｆａｓｔｅｎｉｎｇ　ｂｏａｒｄ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｐｐｌｙｉｇｎ　ｆｏｒ　ｎｕｍｅｒｉｃａ１　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｖａｒｉａｂｌｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　Ｄ｛Ｚｉｎｇ、ｌｅｖｅｌ　ｐｏｌｅ　ａｎｄ　ｂｒｉｄｇｉｎｇ，ａｎｄ　ｏｃｍｐａｒｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｓｅｔ　ｖａｌｕｅ　ｔｏ　ｐｒｏｖｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｍ０ｄｅ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆａｓｔｅｎｉｇｎ　ｓｔｅｅｌ　ｐｉｐｅ，ｈｉｇｈ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｙｓｔｅｍ，ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ，ｃａｓｔ—ｉｎ－ｐｌａｃｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ