桥梁脚手架支撑系统受力模型与程序的开发

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1、山东大学硕士学位论文第1章概述1．1本课题研究的意义与目的进入90年代以来，一些地区多次发生脚手架模板倒塌等重大工程事故，造成巨大损失IlIof案例一]：1995年11月广东翁源县南门坪大桥模板支架失稳倒塌，造成5人死亡，6人受伤的重大事故。(案例二]：1996年12月广东韶关坪乳公路白桥坑特大型桥施工中，支架发生过大弯曲变形，最终失稳倒塌，造成32人死亡，59人受伤的重大事故。[案例三]：1998年4月云南省永善县35米跨度石拱桥工程，由于拱模支撑失稳模板倒塌，造成lO人死亡，22人重伤，14人轻伤的重大事故。[案例四】：1998年9月青海省桥头电厂某冷却塔施工中，模板支撑失稳全部倒塌，

2、造成4人死亡，10人重伤，38人轻伤的重大事故。【案例五】：2000年10月南京电视台演播厅工程，也是由于脚手架失稳，模板倒塌，造成6人死亡，35人受伤的工程事故。【案例六】：2002年6月8号，即将竣工的湖南株洲石峰大桥施工现场主桥和河东引桥连接处庞大的支模钢管轰然倒塌，正在上方施工的工人随着几百吨重的现浇箱梁，自18米的高空坠下，造成1人死亡，至少10人受伤。由以上案例，可以看出我国脚手架倒塌的发生率比较高。尤其对J下在施工的桥梁脚手架，因为上部桥梁荷载比较大而且属于临时性结构难以得到重视等特点，致使施工过程中的脚手架屡有事故发生。分析事故发生的原因，除了管理不善以外，主要的原因是脚手

3、架没有经过设计计算，支撑系统强度不足，稳定性差等。具体表现如下川f2J。1．1．1材料管理方面用作脚手架和模板的材料，主要是钢管和枕木。按标准要求，用于碗扣式茹l负山东大学硕士学位论文脚手架的钢管应采用48毫米，壁厚3．5毫米的焊接普碳钢管。目前，许多钢管生产厂家，为了抢占市场，低价竞争，生产的钢管壁厚为3．0．3．2毫米，但用户结算仍按壁厚3．5毫米的理论重量计算。由于钢管租赁是按长度计价，不是按重量计价，因此，租赁单位还是愿意购买壁厚为3．0～3．2毫米的低价钢管。但是，与标准钢管相比，每吨钢管的实际重量比理论值减少80～140KG。这种钢管的惯性矩损失在10％左右，如果经过多年施工应

4、用后，钢管锈蚀使壁厚减薄，钢管惯性矩还要减少，承载力下降较大。所以，今后这些钢管将是脚手架安全的隐患所在。1．1．2设计方面脚手架倒塌的主要原因是支撑失稳，由于许多施工企业在脚手架工程施工前，没有进行脚手架设计和刚度验算，只靠经验来进行支撑系统布置，从而导致支撑系统的刚度和稳定性考虑不足。还有的钢管材料锈蚀或磨损严重，有的产生局部弯曲或开焊等缺陷，使钢管实际受载能力减少很多，在现场管理不严的情况下，极易发生支撑系统失稳现象。但是脚手架支撑系统非常复杂，又是经常用到的支撑结构，其组成的杆件和节点少到上百个至几千个甚至几万个，杆件数量之多，节点数量之大，计算工作量之巨大，要想准确的设计脚手架支

5、撑系统及对脚手架支撑系统的内力进行数值计算和稳定性分析，目前在我国许多工程单位是办不到的。因此，施工人员大多凭经验或局部验算支撑强度来搭设脚手架，这样，就不能准确的判断脚手架支撑系统的安全性。1．2国内外脚手架计算模型的发展研究状况及存在问题就计算模型而言，最重要的～点就是对钢管脚手架节点模式的选择，这是由钢管脚手架节点的特殊性决定的。在国内外传统的分析和计算文献中141110¨】【12】【181，为了简化分析计算过程，钢管脚手架横杆和立杆的连接被认为是第2页山东大学硕士学位论文理想的铰接连接或理想的刚性连接。使用理想铰接的假定，将意味着横杆和立杆之间没有弯矩的传递。就转动而言，用铰连在一

6、起的横杼和立杆将相互独立地转动；而另一方面，使用完全刚性的假定，则意味着相邻杆件之间不会产生相对转动，当脚手架变形时，横杆和立杆之间的夹角实际上是保持不变的。尽管这种理想状况大大简化了分析计算过程，但与实际结构相比，这种理想结构的力学性能是不切实际的，计算结果不符合实际受力情况。尤其对于碗扣式脚手架，在实际工程中，其节点性能介于刚性连接和铰接连接两个极限状态之间，在荷载作用下都会传递一些弯矩而同时又会产生一定的变形，实际上发生的是半刚性变形，因此支撑系统受荷时的特性在很大程度上是受其节点变形控制的。文献H4】在求碗扣式脚手架杆件的截面内力及应力时，认为构件的横杆与立杆的连接为完全刚性连接，

7、横杆和立杆在空间坐标系中有两个方向上的弯矩传递，因此使得承载力计算结果偏大，结构不安全。而文献f45J贝Ⅱ认为，钢管脚手架横杆和立杆的连接为完全铰接，所以不存在弯矩的传递与分配，所有的横杆均为二力杆，只存在轴力。但是对于碗扣式脚手架这种结构，实际情况是，其横杆和立杆之间存在一定的弯矩传递。因此横杆和立杆连接处采用铰节点不符合实际情况。国外学者在对施工过程中碗扣式钢管脚手架支撑系统进行内力和稳定性计算时，所采用的模型认为横