剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業技術學院，河南 開封 475004）

剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業技術學院，河南 開封 475004）

為探討剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞受力特征的影響，通過大型有限元軟件，基于節點半剛性分析剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞在荷載作用下的彎矩、剪力、軸力的分布特征的影響。得出剪刀撐可大幅降低滿堂扣件式鋼管支撐架門洞在荷載作用下的彎矩和剪力效應門洞上方的立桿把軸力傳遞給門洞兩側的立桿，門洞兩側的立桿穩定性是門洞是否破壞的關鍵等重要結論。為滿堂扣件式鋼管支撐架的門洞的搭設提供理論依據。

滿堂扣件式鋼管支撐架；門洞；半剛性分析；剪刀撐；立桿穩定性

0 引 言

滿堂扣件式鋼管支撐架是連續梁橋現澆施工的重要工具，門洞是滿堂扣件式鋼管支撐架的薄弱部位，作為門洞的重要組成部分—剪刀撐，分析剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞的受力特征的影響對保證門洞的安全十分必要。通過建立有限元三維模型，節點設置為半剛性連接，取擰緊力矩T=40kN·m時的節點剛度，深入分析扣件式鋼管支撐架門洞的受力特證。

1 分析的思路

分析的模型采用立桿縱、橫、步距均為1m的三維有限元模型，模板支撐架的長寬均為 6m，高為7.4m。掃地桿距地面，立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點的長度均為0.2m，沿x軸中間位置留設2m寬的門洞。

通過分析滿堂支撐架i、j、k、l行的彎矩、剪力、軸力的變化來分析剪刀撐對滿堂支撐架門洞的影響。

為便于分析，每根立桿頂端施加的集中力均為5kN。

圖1 扣件式鋼管支撐架門洞三維模型圖

2 剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞的影響

2.1 剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞彎矩效應的影響

通過分析門洞搭設高度為3.2m時i行、j行、k行、l行模板支架的彎矩圖來揭示剪刀撐對門洞在荷載作用下彎矩的分布。其彎矩圖如圖2～圖5所示。

圖2 門洞高度為3.2m的i行彎矩圖

圖3門洞高度為3.2m的j行彎矩圖

圖4 門洞高度為3.2m的k行彎矩圖

圖5 門洞高度為3.2m的l行彎矩圖

采用門洞兩側立桿與門洞上方水平桿交叉點的彎矩作為分析對象，由彎矩圖可以知道：在搭設高度為3.2m的情況下，i行門洞上方水平桿從1層到5層，各層水平桿彎矩依次為-0.01kN·m、-0.02kN·m、-0.03.2kN·m、-0.01kN·m、-0.02kN·m；j行門洞上方水平桿從1層到5層，門洞上方水平桿從上到下各層水平桿的彎矩依次為-0.17kN·m、-0.21kN·m、-0.21kN·m、-0.21kN·m、0.21kN·m；k行門洞上方水平桿從1層到5層，門洞上方水平桿從上到下各層水平桿的彎矩依次為-0.22kN·m、-0.26kN·m、-0.26kN·m、-0.27kN·m、-0.26kN·m；l行門洞上方水平桿從1層到5層，門洞上方水平桿從上到下各層水平桿的彎矩依次為-0.22kN·m、-0.27kN·m、-0.27kN·m、-0.28kN·m、-0.27kN·m。

從分析結果上可以得出：①剪刀撐對門洞在荷載作用下的彎矩效應影響明顯，設置剪刀撐的i行的彎矩效應要比j行、k行、l行的彎矩效應要小得多；②距設置剪刀撐的i行越近，其彎矩效應越??；距i行越遠，彎矩效應越大；③由設置剪刀撐的i行到不設置剪刀撐j行，彎矩效應變化很大，而在均不設置剪刀撐的k行、j行、l行，彎矩效應變化較小，且距設置剪刀撐的i行越遠，彎矩效應變化越小。

2.2 剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞剪力效應的影響

通過分析門洞搭設高度為3.2m時i行、j行、k行、l行模板支架的剪力圖來揭示剪刀撐對門洞在荷載作用下剪力的分布。其剪力圖如圖6～9所示。

采用門洞兩側立桿與門洞上方水平桿交叉點的剪力作為分析對象，由剪力圖可以知道：在搭設高度為為3.2m的情況下，i行門洞上方水平桿從1層到5層，各層水平桿的剪力依次為-0.05kN、-0.05kN、-0.07kN、-0.05kN、-0.06kN；j行門洞上方水平桿從1層到5層，門洞上方水平桿從上到下各層水平桿的剪力依次為-0.4kN、-0.45kN、-0.45kN、-0.47kN、-0.47kN；k行門洞上方水平桿從1層到5層，門洞上方水平桿從上到下各層水平桿的剪力依次為-0.50kN、-0.57kN、-0.57kN、-0.59kN、-0.58kN；l行門洞上方水平桿從1層到5層，門洞上方水平桿從上到下各層水平桿的剪力依次為-0.51kN、-0.58kN、-0.58kN、-0.60kN、-0.59kN。

圖6 門洞高度為3.2m的i行剪力圖

圖7 門洞高度為3.2m的j行剪力圖

圖8 門洞高度為3.2m的k行剪力圖

圖9 門洞高度為3.2m的l行剪力圖

從分析結果上可以得出：①剪刀撐對門洞在荷載作用下的剪力效應影響明顯，設置剪刀撐的i行的彎矩效應要比j行、k行、l行的剪力效應要小得多；②距設置剪刀撐的i行越近，其剪力效應越??；距i行越遠，剪力效應越大，但增加的幅度越小。

2.3 剪刀撐對滿堂扣件式鋼管支撐架門洞軸力效應的影響

通過分析門洞搭設高度為3.2m時i行、j行、k行、l行模板支架的軸力圖來揭示剪刀撐對門洞在荷載作用下剪力的分布。其軸力圖如圖10～13所示。

采用門洞兩側立桿與門洞上方水平桿交叉點的軸力作為分析對象，由軸力圖可以知道：在搭設高度為為3.2m的情況下，i行門洞兩側立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.14kN、-5.28kN、-5.90kN、-6.04kN、-6.52kN；i行門洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.30kN、-5.28kN、-5.68kN、-6.01kN、-6.01kN，其中剪刀撐上的作用的軸力為-3.48kN。

圖10 門洞高度為3.2m的i行軸力圖

圖11 門洞高度為3.2m的j行軸力圖

圖12 門洞高度為3.2m的k行軸力圖

圖13 門洞高度為3.2m的l行軸力圖

j行門洞兩側立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.58kN、-6.15kN、-6.74kN、-7.35kN、-7.98kN；j行門洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-4.13kN、-3.10kN、-2.06kN、-0.99kN。

k行門洞兩側立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.70kN、-6.41kN、-7.13kN、-7.87kN、-8.64kN；k行門洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-4.14kN、-3.11kN、-2.08kN、-1.03kN。

l行門洞兩側立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.72kN、-6.44kN、-7.18kN、-7.94kN、-8.73kN；l行門洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-4.14kN、-3.12kN、-2.11kN、-1.06kN。

從分析結果上可以得出：①剪刀撐對門洞在荷載作用下的軸力效應影響明顯，設置剪刀撐的i行的彎矩效應要比j行、k行、l行的軸力變化要??；②距設置剪刀撐的i行越近，其剪力效應越??；距i行越遠，軸力效應越大，但增加的幅度越??；③對門洞上方立桿的軸力影響較大，在設置剪刀撐的i行，門洞上方立桿的軸力從 1層到剪刀撐交叉點是逐步增大的，而不設置剪刀撐的j、k、l行，門洞上方立桿的軸力從1層到5層是逐步增大的；④在不設置剪刀撐的j、k、l行，門洞兩側立桿的軸力逐步增大，門洞上方立桿軸力減小的部分轉移到門洞兩側的立桿上，門洞下方的立桿是門洞受力最薄弱的部位。

3 結 論

①剪刀撐對滿堂扣件式鋼管架門洞的受力有著很大的影響，有效地降低了滿堂扣件式鋼管架門洞在荷載作用下的彎矩和剪力效應，在設置剪刀撐的滿堂扣件式鋼管架的斷面表現最為明顯，距設置剪刀撐的滿堂扣件式鋼管架的斷面越遠，影響越弱。

②門洞上方的立桿把軸力傳遞給門洞兩側的立桿，而滿堂扣件式鋼管支撐架往往是整體穩定破壞，因而，門洞兩側的立桿穩定性是門洞是否破壞的關鍵。

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TU997

A

1007-7359（2016）02-0163-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.058

非預應力中等跨徑連續組合梁橋的應用研究（編號：15A560032）

施小明（1983-），男，河南新鄉人，畢業于鄭州大學，碩士；助教，主要從事橋梁施工方面的教學工作。