扣件式钢管支架的整体稳定性验算-修

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1、扣件式钢管支架的整体稳定性验算肖　炽　　　　　　　　　　周观根(东南大学土木工程学院)　　(浙江东南网架股份有限公司)江苏南京四牌楼2号，210096浙江杭州萧山区衙前镇，311209提要本文就利用扣件式钢管脚手架改作成结构安装用承重支架后的整体稳定性问题进行研究。文中对下列问题提供了实用的计算方法：1、具有对角斜杆格构支架的整体稳定性；2、格构支架和铰接立杆组合时的整体稳定性；3、格构支架在剪切力作用下的单位水平位移等。关键词扣件式钢管脚手架、格构支架、铰接立杆、水平位移、伸缩变形系数。一、具有对角斜杆格构支架的整体稳定1.两端铰支实心柱的临界荷载如图1所示两端铰支实心柱在压力

2、P作用下达到临界值后发生屈曲。设某一截面的挠度为，这一变形由弯曲和剪力共同作用引起的，即(表示由弯曲引起的挠度，由剪力引起的挠度)。将上式微分两次，得：(a)由材料力学知：(b)另外，由剪力产生的轴线转角等于剪切角，即（见图1b）。按图中的坐标系，当剪力Q为正时，为负，故：　　　　∵，∴。再微分一次，并知　　＝，得：(c)(b)、(c)式代入(a)：或整理：，并令　故此微分方程变成：(d)解此微分方程得：(1)式中：——监界荷载；——柱高；——剪切弹性模量；——柱折算截面积；　——与截面形状有关的系数（为简化，取1）；——柱钢材弹性模量；——柱惯性矩；2.一端固定一端自由实心柱的

3、临界荷载：一端固定一端自由实心柱的计算长度应为两端铰支的两倍，其临界荷载可用比拟法求得。即用（2H）代替H代入(d)式得(2)扣件式钢管支架的工作特点，则近似于一端固定一端自由的柱，因此公式(2)对本课题的研究有用。3．高细型格构支架贝尔塔兰·德·丰塔维奥兰（BertranddeFentviolant）认为当层高h与柱的总高度H之比值较小时（例如以下）可将格构支架当作实心柱来处理。但必须符合下列设定，便可极为近似地应用（2）式加以计算：　　E—格构支架体系各立杆的弹性模量；I—各肢立杆垂直截面的整体惯性矩；（A—立杆截面面积）格构支架的中线和外形均与实心柱同；—格构支架某一层在剪

4、切力作用所产生的单位水平位移，（以下用U表示）（图3）4．伸缩变形系数的计算扣件式钢管支架的连接是用一种特殊形式的铸钢扣件，通过一个M10螺栓紧固，它不是结构设计概念中的刚性连接，它是一种弹性连接。在我国扣件标准GB15831-1995中规定，直角扣件抗滑移性能：当加荷至P=7KN时，转动≤7mm，即直角扣件挠曲平均值为0.001mm/N。当P=25KN时，扣件不得破坏。扣件式钢管支架，在受到荷载作用后，产生的变形，首先是由扣件的挠曲引起的。定义：伸缩变形系数——格构支架某一层各边的伸缩值与其所引起的轴向内力之比。（1）格构支架对角线MP的伸缩变形系数由图6知，MP是格构的对角线

5、，是一个长度量。可以计算其值。的水平投影=的水平投影；（e）由图5、6知：（e）(f)同理：的垂直投影(g)∴整理、开方，得：，因此，作用在对角线上的轴力X引起对角线长度变化为：根据定义，伸缩变形系数(3)注：斜杆的弹性伸长d/EA与（3）式比较可忽略不计。（2）格构支架水平杆MQ的伸缩变形系数通过M的立杆因受水平分力作用，由O点向右移。这一推力使立杆MR固定在水平杆MQ的扣件产生挠曲。扣件的水平挠曲为，MQ长度则将缩短；而这一推力将传递到水平杆上，并在离M不远处转变成水平杆的轴向力。MQ杆仅在M、Q两端固定在立杆上，则杆力又传出至扣件Q上，因而使扣件产生挠曲，这时，水平杆MQ在

6、M及Q点分别受到的作用。∴(4)（3）格构支架立杆PQ的伸缩变形系数由图6知立杆只受到一个荷载的作用：垂直荷载。这一荷载是扣件在点作用于立杆上的。大小为。但是，在（1）中已把作用下扣件的挠曲考虑进去了。故立杆受到作用下不需计算扣件的挠曲，而是直接将此内力传至地面。唯一要考虑的就是立杆的弹性缩短：∴(5)（4）某一层在剪切力作用下所产生的单位水平位移U由图3知，某一层单元体在剪切力V作用下，水平杆、斜杆、立杆的连接扣件产生挠曲而使这些杆件“缩短”或“伸长”，产生角位移，可用下式表示：(h)式中：（V——水平杆上的剪切力）；（——由剪切力引起的对角线斜杆的内力）；（——由剪切力引起的

7、立杆中的内力）。由以上第3节知：代入（e）式得：单位水平位移为，即(6)因此，图2所示的格构支架总临界荷载的公式则为：(7)二、格构支架和平行铰接立杆组合的整体稳定工程施工中的满堂支架体系，应该以格构支架为核心支架，加上与之平行且纵横向间距相同的立杆和步高相同的交叉水平杆组成，并按（JGJ130-2001）的要求设置剪刀撑。但是长期以来塔设满堂支架是没有设置核心格构支架的。因此，这种体系不够安全。1．初步命题图7所示的体系，由以下三部分组成：(1)垂直嵌入地面的竖直实心柱；(2)