基于BOTDA技术的满堂扣件式钢管脚手架受力机理试验研究

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满堂扣件式钢管脚手架虽作为脚手架支撑体系家族中的一员,但其无论从结构的搭设、受力特性等方面分析,均与普通单排或双排钢管脚手架有很大差异。随着建筑业高速发展,大跨度、大层高及异形建筑的兴起,利用传统的理论、经验来搭设已不能满足建筑结构对其的要求,因此,对满堂扣件式钢管脚手架在不同搭设参数和荷载作用下各杆件的受力分配规律及架体位移进行系统研究是十分必要也是非常现实的。本文首先对脚手架的发展历程和当前建筑业使用比较广泛的几种脚手架进行了介绍,并详细分析了国内外目前关于脚手架的研究现状。其次,介绍了当前关于满堂脚手架的几种计算理论及计算方法;通过在安徽建筑大学实验室搭设的满堂扣件式脚手架为研究对象,利用我国目前执行的规范对其进行了计算;并在满堂架体上铺设分布式光纤(BOTDA)和架设位移计,实时测量在不同工况和竖向荷载下架体中立杆、横杆、扫地杆和斜撑的应力及架体的位移,并对试验结果进行详细的整理和分析。最后,依据实验室所搭设不同参数下的满堂架体为对象,利用有限元分析软件ANSYS对其建模,模拟出与试验中对架体所加荷载相同时的应力云图和位移云图;并对实测值和数值模拟值进行了对比分析,由分析结果可知,实测值与数值模拟值有一定的差距,从而说明,在实际工程中,由于各种内部因素和外部因素的影响,架体中各杆件的受力及其分配相当的复杂,并非理想中的均匀分配。通过研究分析可知:满堂架体当立杆间距、斜撑及扫地杆的布设均相同时,步距小的满堂架其极限承载能力显著提高;斜撑和扫地杆的设置可以显著提高满堂架的横向刚度和整个架体的受力分配,且改变了失稳模态,并限制了架体的最大变形量;斜撑受力比立杆要小得多,其荷载—应力曲线呈明显的线性趋势;中间横杆及扫地杆的受力比立杆也要小很多,且其荷载—应力曲线也呈明显的线性趋势;对于满堂脚手架而言,其内部各类杆件的应力不是恒定的,可能呈现出波纹状的变化趋势;满堂扣件式钢管脚手架在竖向荷载作用下,木枋下的水平杆受力随架体搭设参数的不同变化不大,与荷载呈现大致的线性关系,且中间立杆承受大部分的荷载;在整个满堂架体中,最危险区域为木枋下的水平杆与中间立杆的连接处,在实际工程中,应对该区域加以重视。上述结论可为后续进一步研究或工程实际施工提供一定的参考。
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