钢管脚手架连墙件的结构建模分析研究.pdf

科学研究
钢管脚手架迮墙件的结构建模分祈研究
Analytical Study on Structural Modeling for Wall
Connector of Steel Pipe Scaffold
李洋洋徐伟申青峰
同济大学土木工程学院上海200092
摘要:脚手架工程是建筑施工过程中的重要组成部分,其设计施工的合理性关系到施工进度、施工质量、施工安全,
特别是施工人员的人身安全。作为临时结构,脚手架与建筑主体结构间的连接性能是保证其安全质量的关键所在,因
此,通过三维有限元软件模拟常见连墙件在施工中的状态,可为相关工程提供参考依据
关键词:钢管脚手架连墙件建模三维有限元分析数值模拟
中图分类号:TU755.2
/文献标识码B
文章编号11004-1001(2012)1-1095-03
脚手架一般指在施工现场为工人操作并解决垂直和水
板
平运输而搭设的各种支架,为施工人员上下干活或外围安
全网维护及高空安装构件等搭建工作平台。有些工程也用
腳手架当模板使用,此外在广告业、市政、交通路桥、矿山等
混凝土
部门也广泛被使用。
竹笆片
刚性连墙件指的是采用钢管、扣件或预埋件组成的连
混凝
土柱
墙件,规范中并未具体规定其做法;目前各地刚性连墙件的
做法不ー,导致在连墙件设计过程中,过分依赖经验性的
1预埋钢管法连墙件示意
“刚柔”之分而忽略了结构的实际受力性能,使脚手架的使
用存在极大的安全隐患。事实上,现阶段连墙件的受力性能1.2后锚固法
更接近于半刚性,甚至在不同的受力状态下会发生刚性变
后锚固法是针对上述预埋钢管方法的不足而作的改
化,这对于连墙件的设计施工是极其不利的因素。本文拟通进。后锚固法在梁侧面钻孔,安装膨胀锚栓或化学锚栓,再
过三维有限元软件模拟常见的连墙件在拉、压状态下的受用事先与钢管焊成一体的锚板连接即可(图2)。
力性能,为相关的工程实践提供参考依据。
脚板
常用连墙件的优缺点
后錨固法
1.1预埋钢管法
预埋钢管法是目前最常用的连墙件做法,起到刚性连
接的作用。预埋钢管方法是在混凝土浇筑前用一竖向短钢
混
管埋设于梁内约20cm,露出梁背约20cm,待混凝土浇筑
完成后,用水平长钢管连接立杆与竖向短钢管(图1)。
图2后镃固法连培件示意
优点:刚性好、埋设位置准确。
不足:成本高,拆麻烦;并且必须对砌体的后留洞口
优点:定位准确,刚性好,无补洞工序,无渗水隐患。
进行后期封堵,并有严重的渗水隐患;拆除时常用气割,也
不足:施工极其麻烦;因采用1颗膨胀锚栓,承载力不
不利于防火。
高,易松动,不可承受低周反复荷载;并且施工完成后,锚栓
报废,成本较高;实施该措施要在边梁模板拆除后进行,时
间滞后。
作者简介:李洋洋(1988-),男,硕士在读。
通讯地址:上海市彰武路100号(200012)。
13预埋鉄板法
收稿日期:2012-08-20
预埋铁板法是指在主体结构的梁柱混凝土施工前,在
建航工第34卷第]1期1095
详解管手连件的结构建分研究
相应位置预埋带锚脚的铁板,模板拆除后,用钢管与露出梁
根据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范
例或柱侧的铁板焊接(一般使用电焊),钢管的另一侧与脚(JGJ130),作如下假设
手架的立杵用扣件连接的方式(图3)。
a)采用全封闭扣件式双排钢管脚手架,背靠建筑物
为框架结构。钢管规格为48mm×3.5mm,搭设高度
挡脚板
50m;立杆纵距1.5m,立杆横距1.2m,步距1.8m
安全
(b)连墙杆设置为二步三跨,每个连墙件迎风面积计
算值A=16.2
(c)基本风压o=0.4kNm2,地面粗糙度B类。
钢管栏混凝
士柱
钢管栏杆
d)扣件与钢管之间通过预紧力可靠连接,不考虑扣
件滑移,不考虑扣件预紧所产生的初始应力及应变;连墙短
图3预埋铁板法连墙件示意
钢管满足受压稳定要求。
e)连墙件与主体结构之间不考虑相对滑移。
优点:刚性好,牢固可靠,无砌体补洞工序,无渗水隐
(f)节点1采用钢管扣件作为连墙件,连墙件轴向拉、
压力均取扣件抗滑承载力设计值8kN,折合截面均布荷载
不足:用钢量较大、成本高,施工步骤涉及多工种;与脚约16MPa。
手架用1只扣件连接,有时达不到承载力要求,而2只扣件
(g)节点2、节点3连墙件压力计算偏于安全计算,取
与内外立杆扣接又影响通行和运输;安装时需电焊,拆除时挡风系数p=1.0,=13,9-1.3,离地高度50m,o
要用气割,较为繁琐且有火灾隐患;装饰施工阶段,连培件0.61kWm3,则连墙件轴向压力?16.83kN,折合截面均布
已拆除。
压力约34MPa。节点2考虑工地上质量不是很好导致的偏
1.4预埋钢筋法
心连接,偏安全考虑。
预埋钢筋法是指在主体结构的梁柱混凝士施工前,在
(h)节点4刚性差,按一般工程经验,连墙件轴向拉、
相应位置预埋事先与钢管侧壁焊好的钢筋,模板拆除后,利压力均取5N,折合截面均布荷载约10.2MPa。节点4采用
用钢管把预埋的钢筋压弯,钢管的另一侧与脚手架的立杆图4左侧的连接方法计算。
用扣件连接(图4)
(i)连墙件拉力计算(连墙件约束脚手架平面外变形
所产生的轴向力为3kN):负压区按照围护结构进行估算,
挡风系数p=1.0,3=0.8,离地高度50m,の=0.37kNMm2,
竹笆片
扣件预理辆筋
则连墙件轴向拉力に11.39kN,折合截面均布拉力约
外挂密目
23MPa。
安全网
钢管栏杆
2.2计算结果分析
由图5~图14的计算云图和结果汇总表(表2)可知
(a)在受压工况下,所有节点的第三主应力(压力)均
图4预埋钢筋法连墙件示
未超过构件强度设计值210MPa,可满足假设荷载条件下
的承载要求。
优点:施工方便,无砌体补洞工序,无渗水隐患。
(b)在受拉工况下,除节点2后锚固法外,其他节点的
不足:刚性差,有安全隐患,有火灾隐患。
第一主应力(拉力)可满足假设荷载条件下的承载要求。
2常用连墙件的三维有限元分析
(c)预埋钢管法:节点1在受压工况下,埋入结构内的
连墙钢管受力接近于悬臂状な:同时,在相比节点3的荷载
2.1基本假设
的条件下,节点1受压条件下的应力却是节点2和节点
本次计算采用大型通用有限元软件 ABAQUS,主体结
的1~4倍,位移则接近10~100倍,可见节点的刚性比较
构、钢管、铁板、锚栓均采用soid单元,钢筋采用beam单
差,应该降低悬臂长度从而降低连接处刚度和应力大小。在
元,材料均为弹性,计算概况见表1所示。
现阶段的施工中,此种节点应用广泛,所以若是构造控制不
表1连塘件计算概况
力,将会对脚手架的安全产生较大的影响。
绵号
节点1
节点2
节点3
节点4
(d)后锚固法:节点2在受压状态下,主要由锚板承受
结构形式」理例管」后固」预理使板」须