滿堂扣件式鋼管支撐架門洞寬度對其受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業技術學院，河南開封475004）

滿堂扣件式鋼管支撐架門洞寬度對其受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業技術學院，河南開封475004）

為了探討門洞寬度對滿堂扣件式鋼管支撐架受力特征的影響，通過SAP2000大型有限元軟件建立有限元模型，基于節點半剛性分析了門洞寬度變化對其在荷載作用下的彎矩、剪力、軸力分布特征的影響，得出門洞寬度對滿堂扣件式鋼管支撐架內力的影響規律。

滿堂扣件式鋼管支撐架；門洞；SAP2000有限元軟件；三維有限模型；半剛性

0 引言

滿堂扣件式鋼管支撐架以成本低廉，施工方便，施工周轉快等優點在混凝土現澆施工中得到了廣泛使用。在很多情況下，作為施工通道的門洞是滿堂扣件式鋼管支撐架的重要組成部分。門洞要承受上部結構施工傳來的荷載，所以是整個模板支架體系的薄弱部位［1］。門洞寬度對保證施工期間物質運輸至關重要。因此，分析門洞寬度對其受力特征的影響十分必要。筆者應用SAP2000有限元軟件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＝40 kN·m時的節點剛度［2～5］，深入分析滿堂扣件式鋼管支撐架的受力特征，得出門洞寬度對滿堂扣件式鋼管支撐架內力的影響規律，期望為滿堂扣件式鋼管支撐架門洞的搭設提供參考。

1 建立模型

SAP2000有限元軟件具有強大的結構分析能力，相比其他有限元軟件，它在建模速度和設置半剛性節點方面有明顯的優勢。

1.1 建模步驟

（1）通過設置三維坐標軸的坐標，迅速完成滿堂扣件式鋼管支撐架的立桿間距和步距等參數的設置；（2）通過選擇節點剛度的釋放，完成擰緊力矩T＝40 kN·m時的半剛性節點剛度設置。

1.2 模型結構

為便于分析，采用立桿的縱、橫、步距均為1m的三維有限元模型（如圖1所示）?？奂戒摴苤渭艿拈L寬均為6m，高為7.4m。掃地桿與地面的距離、立桿伸出頂層的長度、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和4m寬的門洞。每根立桿頂端施加的集中力均為5 kN。

圖1 扣件式鋼管支撐架門洞三維模型圖Fig.1 The fastener－style tubular steel support frame door 3－D model

取三維有限元模型的XZ斷面進行分析。為便于分析，沿Y軸由前向后標出滿堂支撐架的行數。如，Y＝0為滿堂支撐架的i行；Y＝1m為滿堂支撐架的j行；Y＝2m為滿堂支撐架的k行；Y＝3m為滿堂支撐架l行。沿Z軸由上向下標出滿堂支撐架的層數。如，Z＝7.2m為滿堂支撐架的1層；Z＝6.2m為滿堂支撐架2層；Z＝5.2m為滿堂支撐架3層；Z＝4.2m為滿堂支撐架4層；Z＝3.2m為滿堂支撐架5層。

2 滿堂扣件式鋼管支撐架門洞寬度對其受力的影響［6～8］

2.1 門洞寬度對其彎矩效應的影響

門洞搭設高度為4.2m，通過對比門洞寬度為2m和4m時i行、j行、k行、l行模板支架的彎矩值，分析門洞寬度對其彎矩分布的影響。

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，相應的彎矩值如表1所示。

表1 門洞寬度為2m和4m時門洞兩側立桿與上方水平桿交叉點的彎矩值Tab.1 Bending moment value of the intersection of upright tubes on both sides of door opening and horizon bar above when the door opening w idth is 2m and 4m

由表1可以看出：門洞寬度由2m增大到4m時，寬度增大為原來的兩倍，相對應的彎矩效應增大為原來的3倍左右，彎矩的增大幅度明顯高于門洞寬度的增幅。由此可知：門洞寬度對彎矩效應影響明顯，在施工中應注意這一現象。

2.2 門洞寬度對其剪力效應的影響

門洞搭設高度為4.2m，通過對比門洞寬度為4m和2m時i行、j行、k行、l行模板支架的剪力值，分析門洞寬度對其剪力分布的影響。

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，相應的剪力值如表2所示。

表2 門洞寬度為2m和4m時門洞兩側立桿與上方水平桿交叉點的剪力值Tab.2 Shearing force value of the intersection of uprigh t tubes on both sides of door opening and horizon bar above when the door opening w idth is 2m and 4m

由表2可以看出：門洞寬度由2m增大到4m時，寬度增大為原來的兩倍，相對應的剪力效應增大為原來的2倍左右。剪力效應的增加基本與門洞寬度的增加幅度同步。由此可知：門洞寬度變化對剪力影響較為明顯，但弱于對彎矩效應的影響。

2.3 門洞寬度對其軸力效應的影響

門洞搭設高度為4m，通過對比門洞寬度為4m和2m時i行、j行、k行、l行模板支架的軸力值，分析門洞寬度對其軸力分布的影響。

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，軸力值如表3所示。

表3 門洞寬度為2m和4m時門洞兩側立桿與上方水平桿交叉點的軸力值Tab.3 Axial force value of the intersection of upright tubes on both sides of door opening and horizon bar above when the door opening width is 2m and 4m

由表3可以看出：門洞寬度由2m增大到4m時，寬度增大為原來的兩倍，相對應的軸力效應增大為原來的1.5倍左右，軸力的增大幅度弱于門洞寬度的增幅。但是，剪刀撐上軸力增加的幅度非常大，由3.95 kN增加到14.84 kN，變為原來的3.76倍，在施工中需要特別注意。

3 結語

（1）門洞寬度增大為原來的2倍，彎矩效應增大為原來的3倍，說明彎矩效應的增加速度快于門洞寬度的增加速度，門洞寬度對彎矩效應的影響較為顯著。

（2）門洞寬度增大為原來的2倍，剪力效應增大為原來的2倍，說明剪力效應的增加速度與門洞寬度的增加速度基本同步。

（3）門洞寬度增大為原來的2倍，除剪刀撐外，軸力效應增大為原來的1.5倍，說明剪力效應的增加速度低于門洞寬度的增加速度。門洞寬度對軸力效應的影響不太明顯，但剪刀撐所受軸力增大為原來的3.76倍，施工中需特別注意對剪刀撐進行補強。

［1］王緒華.利用扣件式鋼管巧搭大門洞［J］.中小企業科技，2007（07）：74－77.

［2］JGJ.130－2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范［S］.

［3］譚婷婷.扣件式鋼管腳手架在高支模技術中應用［J］.施工技術，2013，42（增刊）：255－257.

［4］陳獎.水平加強層和豎向剪刀撐對扣件式模板支架穩定承載力的影響［J］.建筑，2008，14（30）：59.

［5］張衛紅，劉建民，朱國衛.基于整架試驗的扣件式鋼管腳手架半剛性節點計算方法［J］.山東建筑大學學報，2009，24（1）：40－41.

［6］劉宗仁，涂新華.扣件式鋼管腳手架臨界力下限計算方法［J］.建筑技術，2001，32（8）：541－543.

［7］袁雪霞，金偉良，魯征，等.扣件式鋼管支模架穩定承載能力研究［J］.土木工程學報，2006，39（5）：43－46.

［8］施小明.基于特征參數分析的滿堂扣件式鋼管架支撐體系剛度研究［D］.鄭州：鄭州大學，2010.

[責任編輯 胡修池]

TU392.3

B

10.13681/j.cnki.cn41-1282/tv.2016.03.010

2015-09-14

施小明（1983-），男，河南新鄉人，助教，碩士，主要從事道路與橋梁專業的教學與研究工作。