扣件式脚手架节点扭转刚度有限元分析.pdf

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1、经验交流扣件式脚手架节点扭转刚度有限元分析张晶晶张青渊武汉市汉阳市政建设集团公司袁湖北武汉430050冤摘要院钢结构的框架分析中袁对连接部位都是采用的理想刚性连接或理想铰接遥本文通过建立脚手架框架结构的有限元模型袁结合已有的脚手架规程袁节点弯矩要转角曲线渊M-冤对结构刚度的判断准则袁对连接节点在不同扭转刚度的结构的承载力进行数值模拟袁并将有限元分析结果与实验结果进行对比遥结果表明采用设置扭转刚度的半刚性连接比刚性连接更加符合实际情况袁其计算结果更加安全遥关键词院扣件式脚手架曰有限元分析中图分类号院TU395文献标识码院A文章编号院1674要3024渊2016冤01要1

2、41要02引言式中M=M*/M,兹=兹*/渊ML/EI冤袁I,L,M分别表示梁截PPbbP脚手架工程是建筑工程以及市政工程中的核心工程之面惯性矩尧跨度和塑性弯矩遥一袁扣件式钢管脚手架的应用在国内依旧十分广泛遥近年来国1.2第一类失稳内许多学者对扣件式脚手架的连接刚度进行了大量研究院同第一类失稳是一种理想化的情况袁即荷载达到某一值时袁济大学朱启新等人根据扣件式脚手架节点半刚性实验研究提结构由原来的平衡状态变为第二平衡状态袁又称为欧拉失稳出了扣件竖直平面内力矩-转角关系呈非线性特性袁而水平内或分支点失稳遥第一类失稳在数学上是求解特征值的问题袁因力矩-转角呈线性特性曰敖鸿斐

3、等人通过节点半刚性研究了双此又称为特征值屈曲分析遥采用此方法得出的失稳荷载称为排扣件式脚手架的极限稳定承载力遥临界荷载遥国内外相关研究表明袁采用刚性连接得到的结构承载力1.3线性特征值屈曲分析结果与实验值相比往往偏大袁导致结算结果偏危险遥浙江大线性屈曲分析是假定结构在承受荷载变形过程中袁发生学的鲁征还通过实验测试了不同拧力矩下袁扣件的扭转刚屈曲时结构突变到另一平衡位置遥其判断准则为院度袁其结果渊见表1冤表明,螺栓的拧力矩对其扭转刚度影响较(1-1)K明显遥表1不同扣件螺栓拧紧力矩下的初始刚度式中院为初始刚度矩阵曰,T渊Nm冤2030405060R(kNm/rad冤16

4、.831.546.854.071.2为几何刚度矩阵曰为临界荷载系数渊特征值冤遥许多学者就扣件的扭转刚度做了大量实验袁扭转刚度取何2计算模型值其计算结果与实际情况更加相符袁并没有明确的资料与相关证明遥陈志华等人的研究指出袁实际计算中取19.9kN窑m/rad,作为本文基于天津大学李忠献教授等人的脚手架承载力实验扣件的扭转刚度袁但没有提供相关实验数据验证遥模型为背景袁通过MidasCivil软件建立相关数值模拟模型袁脚本文主要通过建立脚手架框架结构有限元模型袁探究脚手架步距选取四组袁分别为h=1.2m袁1.4m袁1.6m袁1.8m曰天杆高手架极限稳定承载力对扣件扭转刚度的

5、敏感性袁以及研究扭度0.3m袁地杆高度0.3m曰立杆横向尧纵向间距为1.2m袁4伊4跨袁转刚度取何值时更加符合实际情况遥无水平剪力撑和竖向剪力撑袁计算参数见表2,表3遥1计算理论1.1半刚性理论以往的钢结构分析设计工程中袁对梁与柱的连接节点往往简化为理想刚接或铰接袁这样的假设导致分析结果与实际有较大差别遥实际情况下连接节点是处于刚性和铰接之间的状态遥半刚性节点与铰接节点的分界线是一条通过原点与兹轴呈15毅的直线遥如图1院图2脚手架三维有限元模型表2钢管截面特性外径壁厚截面积惯性矩界面模量回转半径图1无量纲化后的弯矩-转角渊M-兹冤-4-7-6-20.0480.0035

6、4.89伊101.22伊105.08伊101.58伊102016年第1期建筑建材装饰141经验交流表3材料参数弹性模量E泊松比滋屈服强度f-112.06伊10GPa0.3205MPa从表中可以看出袁随着步距的降低袁增大了结构的稳定承采用梁单元建立有限元模型渊如图1冤袁在横杆与立杆节点载力曰同时袁增加连接部位的扭转刚度袁能增加的结构的整体连接处施加扭转刚度袁本文选取了5组扭转刚度袁见表3遥刚度袁结构的稳定承载力随着扭转刚度的增大而增大遥表4不同模型节点初始扭转刚度(kN窑m/rad冤结构扭转刚度太小袁导致其承载力较实际值偏小袁计算结工况模型1模型2模型3模型4模型5果显

7、示袁当扭转刚度低于30kN窑m/rad时袁结构承载力与实验值相比会有所减少曰当扭转刚度高于40kN窑m/rad时袁其承载力与R20304050刚性实验值相比有较大增幅遥模拟采用的四组步距模型均显示袁当扭转刚度在40kN窑m/rad3计算结果左右时袁采用有限元计算计算结果与实验值接近袁相差在10%对模型节点在不同扭转刚度下结构体系进行线性特征值以内遥采用刚性连接袁其承载力结果与实验值相比增幅较大袁屈曲分析袁计算各扭转刚度下模型的极限稳定承载力遥有限元最大增幅为174.1%遥模拟结果见表5院4结论表5不同节点初始扭转刚度结构稳定承载力(kN冤渊1冤采用刚