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风荷载作用下爬架架体变形性能的有限元数值模拟研究

安平县艾斯欧架网厂 发布于 2年前 (07-31) 分类:施工方案 阅读(1458)

【摘要】高层爬架施工中风荷载是影响架体变形的重要因素,风荷载作用下爬架设计易满足承载力要求却难满足变形的要求。对此采用SAP2000 有限元分析软件,研究不同风荷载效应组合下爬架架体的变形特性,分析得出架体变形的规律性,以此为基础探讨架体与结构拉结作用及改变导轨截面这两种方法对减小变形的实用性。所得结论对深入理解风荷载作用下的爬架架体的变形是非常有实践意义的。

1 引言
施工爬架是附着支撑于高层、超高层结构上,可随工程结构施工逐层爬升,又可满足外墙装饰作业要求实现逐层下降的辅助施工外脚手架。因其可同时满足结构施工、安装施工、装修施工,近年来得到了广泛应用[1]。超高层结构施工中,气压场随高度不变时,风速随高度而增大,风荷载标准值也呈正比增长[2]。爬架在使用与升降阶段,高层结构外立面的复杂性与架体连接的薄弱引起架体在风荷载作用下侧向位移超出规范规定限制,造成施工中的安全隐患,甚至发生危险事故。

现有的施工安全软件,对爬架的计算基于的是特定爬架架体,计算内容多为架体的承载力与稳定验算,竖直方向挠度验算,未给出风荷载作用下侧向或者顺风向的变形,风荷载作用下爬架设计易满足承载力要求却难满足变形的要求。本文采用SAP2000 有限元分析软件[3]对不同工况下风荷载效应组合的爬架架体进行数值模拟,目的在于找出风荷载作用下架体变形的规律,探讨减小变形的合理方法,力求解决超高层施工中的变形过大的问题。

2 模型建立与加载方案设计
2.1 架体模型基本信息
1)荷载信息
某工程框架剪力墙结构,结构高度150m,施工荷载的取值参照《建筑荷载设计规范》[2]与《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》[4],其中风荷载信息中基本风压取0.3kN/m2,升降及坠落工况时取0.25kN/m2,地面粗糙度取C 类。

2)架体构造信息
架体高14.4m,宽9m;其中主框架高12.6m,顶部悬挑操作架1.8m;两提升点间距6m。架体按照步高1.8m,立杆间距1.5m 设置脚手架与水平桁架;剪刀撑与防护系统参照《建筑施工工具式脚手架安全技术规范》的构造要求(见图1)。

主框架设置三套附着支撑装置,分别位于架体高1.8m、5.4m、9m 的位置。架体连接信息:主框架竖向结构与横杆刚性连接,与横道斜杆铰接,上下框架拼接为刚性连接;架体其余的连接为铰接。

爬架架体节点详图

风荷载是影响高层爬架施工的重要影响因素,采用SAP2000 有限元分析软件对不同工况下风荷载效应组合的爬架架体进行数值模拟,分析架体变形的规律,探讨减小变形的合理方法,得出以下几点结论:

1)电动爬架的最大位移均出现在脚手架顶层,脚手架悬臂段越长,位移越大;脚手架倾角越大,位移越大。因此控制悬臂端操作架的侧向位移是电动爬架高处施工安全的关键。

2)架体与结构的拉结作用对控制侧向变形时很有利的,减小侧向变形效果很明显,拉结后的最大位移仅为未拉结的十分之一。

3)架体悬臂段的变形随悬臂高度的增长其变化的趋势越发的显著;而不同的导轨架体悬臂段变形的差异性也受此因素影响。

本文的着眼点是提出一种用以解决爬架施工中变形的分析与处理的方法。因为风荷载对爬架架体变形的影响并不仅仅局限于固定的风荷载,也包括变化的风荷载,不同高度下风荷载,架体尺寸效应等。

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