风载作用下扣件式钢管脚手架大横杆受力分析

目的分析风荷载作用下,在建筑物不同高度处脚手架大横杆的风载作用效应,研究大横杆受力变化规律,为超高层建筑施工扣件式脚手架安全合理设计提供依据,为《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130—2011)的补充修订提供参考.方法考虑风振影响下的脚手架风荷载计算,利用有限元分析软件ANSYS对整个架体进行风载作用下受力计算,节点采用接近实际的半刚性连接计算模型.分析对比建筑施工过程中脚手架在不同高度处大横杆的受力特点.结果从有限元的计算结果得到了各连接点处大横杆的应力分布云图,并分析得出大横杆的内力的变化规律.随着脚手架所处建筑物位置的增高,高度由50 m到500 m时,各处大横杆应力值的逐渐增大.结论节点上带有连墙件大横杆的应力明显要比在同一高度处节点不带有连墙件大横杆的应力值大,并给出大横杆随其所处高度变化的内力变化曲线规律.     

连墙件设置缺陷对脚手架立杆最大弯矩的影响

目的研究风荷载作用下连墙件设置缺陷对脚手架立杆最大弯矩的影响程度和规律,为脚手架合理设计提供依据.方法考虑高层建筑施工脚手架风振影响计算出风载荷标准值,对扣件节点采用半刚性研究,利用有限元ANSYS分析软件对脚手架架体进行模拟分析,研究连墙件设置缺陷下架体立杆最大弯矩的变化及规律.结果从模拟分析中得出连墙件设置方式不同时脚手架立杆最大弯矩的变化趋势和结果,对比分析后得出当连墙件只与内立杆连接时,最大弯矩主要出现在有连墙件立杆节点处,其立杆最大弯矩增加,连墙件设置缺陷对脚手架立杆最大弯矩的影响程度可达近一倍.结论当连墙件设置只与内立杆相连时,对立杆弯矩增加较大,降低其承载力,在施工过程中脚手架连墙件设置应该保证与内外立杆同时连接.     

连墙件布置对脚手架整体稳定承载力的影响

目的研究不同连墙件布置对悬挑脚手架整体稳定承载力的影响,为专项方案设计提供依据.方法对扣件节点采用半刚性连接,利用有限元分析软件ANSYS模拟脚手架的第一阶失稳模态以及临界荷载,分析不同连墙件布置对脚手架整体稳定承载力的影响.结果从有限元分析软件ANSYS模拟中得到不同连墙件布置下的第一阶失稳模态以及临界荷载,当连墙件布置为两步两跨时整体稳定承载力比两步三跨提高4.728%,比三步三跨提高62.65%.当连墙件布置为两步三跨时整体稳定承载力比三步三跨提高60.79%.结论当施工处于100m以上时,连墙件应优先采用两步两跨或两步三跨,不宜采用三步三跨.当脚手架搭设需要减小连墙件间距时,减小竖向间距比减小纵向间距对架体稳定承载力的提高更有效.     

超高层建筑施工脚手架风载作用下立杆最大弯矩分析

目的研究风荷载作用下不同施工高度处脚手架立杆的最大弯矩值及其变化规律,为高层及超高层建筑施工脚手架的施工设计提供数据支持.方法依据风荷载作用计算公式,考虑超高层建筑施工脚手架的风振影响来计算风载标准值.对扣件节点采用半刚性连接的计算方法,利用有限元分析软件ANSYS对整个架体进行受力分析.结果随着脚手架所处高度的增加,立杆最大弯矩值变化曲线大致分三个阶段:直线上升段、曲线发展段、水平持续段.脚手架立杆最大弯矩出现在迎风面立杆的有连墙件节点处.结论按照现行规范中风载作用下立杆弯矩计算式得到的弯矩值明显小于模拟分析得到的弯矩值.当脚手架施工高度大于450 m时,建议按450 m高度时立杆最大弯矩取值,可简化计算.     

覆面施工脚手架抗风设计

为了分析覆面施工脚手架的风荷载特性,结合已有研究成果,并考虑最不利情况,以使用100%挡风率覆面结构的脚手架为研究对象,开展脚手架布置形式、建筑开孔率和周边建筑物风干扰效应等参数影响下的风洞试验。通过刚体模型测压试验,测得各工况下脚手架覆面结构表面上的风压时程,分析作用在其结构上的风压特性及其变化规律。结合试验分析和数值计算得到脚手架整体平均风力系数,并与现行的中国和英国规范建议值进行对比。建立脚手架结构的有限元模型,利用风洞试验测得的风压时程进行加载分析,得到各工况下脚手架连墙件的内力响应时程。估算各工况下所有连墙件中的最大极值拉力,计算阵风荷载因子并分析脚手架布置形式对其影响规律。研究周边建筑对作用在连墙件上最大极值拉力的风干扰效应,计算周边建筑物在不同位置时和不同脚手架布置形式下的干扰因子。综合分析结果,并给出覆面施工脚手架的抗风设计建议。研究结果表明:在所有试验工况下,最大正平均风力系数为1.41,最大负平均风力系数为-1.51,超过了中国和英国规范的最大建议值1.3;半包围布置脚手架的脉动风效应显著,阵风荷载因子最大值可达4.1,若脚手架布置形式为全包围时,最大阵风荷载因子为2.7;当干扰建筑物位于脚手架结构正前方时的干扰效应尤为显著,最大荷载增量可达66%。     

铰接梁系静定互承结构的内力计算方法

为了更加高效地求解铰接梁系互承结构的内力,摈弃传统结构有限元分析的结点位移协调条件,以互承杆件之间搭接点的结点连接力为基本未知量,推导了互承杆件上结点连接力和基准点荷载之间的平衡关系,得到了基准点荷载作用下结构的静力平衡方程.根据叠加原理,将一般荷载转化为等效基准点荷载,建立了一般荷载作用下互承结构体系的静力平衡方程.通过求解平衡方程,即可得到静定互承结构的内力.进一步对三角形互承构型和阿基米德36型互承构型进行算例分析,并与ANSYS软件有限元分析结果进行了对比验证,结果显示:两种方法计算所得的内力一致,但提出的方法计算节点连接力更加简洁高效.     

超高层建筑施工脚手架连墙件风载作用分析

目的研究风荷载对扣件式钢管脚手架连墙件的影响参数和计算方法,为超高层建筑施工脚手架连墙件合理设计提供参考.方法按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)的规定,结合工程实例,对超高层建筑施工脚手架风压标准值,风压随建筑物高度变化系数,风振系数等进行计算分析,选取合理的计算参数.结果得出实用、合理的风载作用体型系数计算中的挡风系数计算方法及实用的高度变化系数,给出风振系数的算法及单个连墙件水平风压标准值.结论超高层建筑施工脚手架连墙件合理设计的风振作用应根据施工情况具体分析,在依据《建筑施工扣件式脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)基础上增加风振系数.     

附着式升降脚手架新型钢结构附着节点应用研究

目的研究附着升降脚手架与钢结构建筑连接节点,为合理评价该类节点受力性能和变形规律提供依据.方法对2个新型附着节点进行3种工况下的有限元模拟,分析节点附着在不同位置、不同钢梁尺寸和不同数量下钢结构建筑和节点本身的受力变形特征,绘制应力位移曲线;在有限元基础上进行架体在升降、使用和防坠过程的现场试验,绘制试验过程应力曲线,并将有限元和试验过程的应力曲线进行对比.结果当节点附着在钢梁端部且梁高较大时,节点和建筑结构的应力变形最小;通过有限元与试验的对比,在升降和坠落的瞬间,节点和钢梁应力激增或骤减,而钢柱应力变化较平缓.结论此类节点本身的受力性能良好,但附着位置和钢梁截面属性对节点受力变形性能有显著影响,钢梁的抗扭性能对节点的破坏有决定性影响.     

承插型盘扣式钢管支撑脚手架试验及有限元分析

为了研究其受力性能,设计出3种不同斜杆布置的单元架体,并进行了足尺试验研究及有限元计算。结果表明：斜杆为对角布置时较为合理,且不易使单元架体发生水平倾倒及竖向屈曲失稳;在杆件受力方面,立杆主要是受力杆件,竖向斜杆与水平杆主要是构造杆件,保证整体架体几何不变.运用ABAQUS对试验架体进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好;运用有限元对节点刚度分析可知,节点刚度处在10⁶～10⁹ N·mm∕rad之间时对承载力的影响较大,进而对承载力—节点刚度曲线进行非线性拟合并对比试验值得出节点刚度建议值为38.1 MN·mm∕rad;分析水平杆步距、立杆间距可知,水平杆步距的增加对架体承载力的影响更为显著,建议在工程设计计算时考虑水平杆步距对支撑架体承载力的影响.     

铝合金网壳结构盘式节点整体刚度与变形性能的有限元分析

目的以南京市牛首山佛顶宫铝合金穹顶工程为背景,取其典型节点研究分析,考察铝合金盘式节点的受力性能、破坏模式、极限承载力.方法通过对铝合金盘式节点足尺模型进行静力加载试验,分析了盘式节点整体刚度与变形的性能;采用ABAQUS有限元软件对盘式节点整体刚度与变形性能进行模拟,并与刚性节点性能进行对比.结果铝合金盘式节点试件PS1在节点盘中心承受集中力,当达到极限荷载破坏后,试验与有限元的破坏现象均表现为上节点盘与工型杆件3连接处的节点盘断裂;上节点盘的应力较大,出现明显的马鞍式变形.结论试件PS1的有限元与试验的荷载位移曲线有比较好的吻合;试件PS1的箱型杆件和工型杆件与刚性节点对应杆件相比具有较高的刚度.     

基于虚功原理索杆张力结构强度优化形状分析

为了提高索杆张力结构的刚度和减小结构受力,在结构杆件中引入作动器,主动调整杆件的长度,改变结构的形状.在荷载态下,将作动器主动工作产生的杆件内力改变量视为结构独立自应力模态的线性组合,根据虚功原理及变形协调关系建立了节点位移向量、杆件内力向量与作动器主动调整量之间的迭代关系.同时,以杆件受力最小为目标,构造了结构形状优化模型并编制了相应的求解程序.算例分析表明:结构所有杆件均布设作动器的效果与仅在索中布设作动器的效果相同,均可以实现既提高结构刚度、又改善结构受力的目的;仅在杆中布设作动器调节杆长来提高结构刚度的代价是增大杆件的内力.通过有限元方法与本文方法对算例求解结果的对比分析,发现两者符合较好,验证了本文方法的正确性.     

T型件连接梁柱节点冲击试验研究和数值分析

设计采用了T型件连接的2个半刚性钢结构梁柱节点试件,对试件施加落锤冲击荷载来模拟结构的动态倒塌效应,考察T型件翼缘和腹板的厚度对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响.通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和位移时程曲线,分析试件冲击过程动态响应规律以及节点动态转角和耗能能力.试验结果表明:节点试件的主要破坏形态是节点核心区域的T型件的翼缘或腹板断裂破坏和受弯变形,以及钢梁腹板扭曲变形;2个半刚性连接的节点试件的抗冲击转动能力主要受制于T型件部位,且由于T型件构件承载力不足,其最大转角均未到达FEMA350标准倒塌控制转角限值(θ=0.109 rad)要求;T型件连接的半刚性节点相对普通全焊接的刚接节点的耗能能力和延性均有降低.采用ABAQUS软件建立了T型件连接梁柱节点子结构的有限元分析模型,通过分析T型件连接梁柱节点在冲击作用下内力发展规律可知,设计采用部分强度半刚性连接的T型件连接节点设计不利于构件向悬链线效应转换.     

附着式升降脚手架不同步运动时结构的响应分析

目的研究不同步运动下架体结构附着支撑点处的内力和导轨关键节点处的转角位移变化,分析导轨所在立杆与大横杆连接点处应力.方法考虑架体结构在施工荷载作用下的影响,利用有限元分析软件ANSYS对整个架体在不同位移工况下的响应进行数值模拟,分析每种工况下最大应力出现的节点位置以及在升降阶段位移差值与节点应力和关键点转角位移之间的关系.结果当架体发生不同步运动时,导轨所在立杆与横杆的连接处有可能发生塑性破坏,架体关键点转角位移的变化率随跨距的增大而变小,而底层关键点转角位移相比其他几层要更大,分析得到了支撑点应力和转角位移随位移差值的变化规律.结论当导轨发生不同步运动时,附着支撑点及其相临附着支撑点处内力变化较为明显,关键点转角随位移差值的变大而变大,其立杆与横杆的连接处很有可能出现应力的最大值.     

基于风洞试验的四塔布置超大型冷却塔风致综合受力与稳定性能

以串列、矩形、菱形、L形和斜L形5种四塔组合方案为例,基于刚体测压风洞试验获得了不同四塔布置形式下冷却塔群表面风荷载分布模式.建立了塔筒-支柱-环基的一体化有限元模型,探讨了不同来流风向角下四塔布置形式和相对位置对风致响应的影响规律.验算了塔筒局部稳定性和整体屈曲稳定性,对比分析了四塔塔群的极限承载能力.结果表明:四塔布置形式对冷却塔位移响应、筒体环向弯矩和支柱扭矩影响较大,基于响应的四塔布置形式优选方案中串列布置形式性能最优,菱形、斜L形、矩形和L形次之;串列和斜L形布置形式在稳定性能方面较其余四塔布置形式更优,而L形、菱形和矩形布置形式的临界风速分别为串列布置形式的65%,70%和60%.     

单层落地椭球壳约束屈曲支撑的减震性能

利用有限元分析软件ANSYS进行参数化编程建模,对带有屈曲约束支撑的单层落地椭球网壳的减震性能进行分析.假设屈曲约束支撑杆件为理想弹塑性,在三维El-Centro波和Taft波作用下对结构进行动力响应分析.计算结果表明,屈曲约束支撑构件对网壳结构关键点的位移和杆件内力响应明显减小.对不同的屈曲约束支撑布置方案进行对比分析,得出屈曲约束支撑布置的主要原则.     

移动荷载作用下框架节点域内动力响应分析

利用大型非线性有限元软件ANSYS建立节点实体有限元模型,分析了钢骨混凝土梁．钢管混凝土柱加强环节点在移动荷载作用下的受力机理和动力响应,研究了配骨指标和混凝土强度对节点动力响应的影响,得出节点区在移动荷载作用下的变形图和应力分布图以及位移一时间曲线,速度一时间曲线,从而为节点设计提供依据。     

一种新型铝合金附着式升降脚手架的力学性能分析

针对一种新型的铝合金附着式升降脚手架,根据其在截面的复杂性和结构体系组成材料的性质不同,将新型铝合金附着式升降脚手架分为架体结构和支座结构,分别采用建筑结构有限元软件SAP2000和通用有限元软件ABAQUS进行了正常使用工况下的结构内力和变形分析。为了比较不同地震波作用下的结构响应,本文选取了人工波,Holliste波以及Yermo波进行了多遇地震作用下的动力响应,对比分析了三向地震作用下架体结构顶部和边角处的位移以及不同位置处的位移反应谱,并将所分析结果与建筑抗震设计规范的反应谱法进行对比。然后通过分析结构的应力和应变分布,对铝合金脚手架的研发设计和实际施工提出了指导性建议。     

基坑开挖对临近明挖暗埋隧道竖向变形的影响机理

结合上海地区某邻近明挖暗埋隧道基坑工程案例,采用数值方法模拟了深基坑开挖的过程,并通过与实测数据进行对比验证了模型的合理性.针对隧道与基坑之间的连接墙进行对比分析,揭示了连接墙所起的作用.通过分析相邻地连墙竖向位移以及其两侧土体位移,得出地连墙与隧道之间以及墙土之间的相互影响规律.根据地连墙墙体轴力分布,研究墙体在开挖过程中的受力形态,揭示临近基坑开挖对地下结构(明挖暗埋隧道)的影响机理.结果表明,对于明挖隧道与基坑共墙的情况,隧道的隆起主要由地连墙以及连接墙的共同影响所致.明挖隧道受到基坑地连墙变形的影响明显大于受周围土体位移的影响.地连墙发生竖向隆起的原因为坑内土体提供的摩擦力大于坑外土体提供的摩擦力.     

自由形态单层壳体栓接节点

针对自由形态(free-form)单层壳体中的栓接节点,运用ABAQUS通用有限元软件对多种工况作用下的节点承载力性能进行了计算机模拟.分析了螺栓预紧力和杆件轴向拉压应力等因素对节点刚度和承载能力的影响.理论分析和试验研究表明,栓接节点处连接截面在荷载作用下会产生明显的相对转动变形,整体结构分析时对这类连接不能按全刚接连接考虑.最后,在总结受力性能和破坏模式的基础上,给出了栓接节点的使用维护和工程设计建议.本文研究将为自由形态壳体结构中的栓接节点设计提供理论依据.     

自由形态单层壳体栓接节点承载力性能研究

针对自由形态（free-form）单层壳体中的栓接节点,运用ABAQUS通用有限元软件对多种工况作用下的节点承载力性能进行了计算机模拟.分析了螺栓预紧力和杆件轴向拉压应力等因素对节点刚度和承载能力的影响.理论分析和试验研究表明,栓接节点处连接截面在荷载作用下会产生明显的相对转动变形,整体结构分析时对这类连接不能按全刚接连接考虑.最后,在总结受力性能和破坏模式的基础上,给出了栓接节点的使用维护和工程设计建议.本文研究将为自由形态壳体结构中的栓接节点设计提供理论依据.