文摘
为了充分考虑顶部安装间隙的影响在垂直的柱的轴力支撑脚手架的安装期间,25垂直的柱的有限元模型建立了考虑顶部间隙元素基于大量的实地测量数据的安装间隙。安装间隙的大小在该模型中考虑了两种类型的地理分布:均匀分布和随机分布。均匀分布值的差距是1.4毫米和随机分布的价值区间[0,0.7]和[0,1.4]。数值模拟结果表明,垂直杆的轴力均匀分布不考虑顶部安装垂直的柱上的差距。当考虑顶部间隙的垂直的柱上,两种分布的计算结果表明,轴向力不均匀分布和的最大轴力杆增加了2.3倍。此外,根据测量的轴力测试数据某一工程项目,垂直杆的轴力的分布规律在实际项目也进行了分析,结果表明,轴向力的最大值最小值的2倍。因为它是不可能确保海拔最高的垂直的柱上完全相同的的实际安装脚手架,顶部安装的差距是不可避免的。在设计支架的承载力,顶部安装间隙的影响垂直杆的轴力应充分考虑。推荐的安全系数范围垂直承载力的极是1.7 - -2.1。
1。介绍
支撑脚手架是不可或缺的暂时支持系统为水平成员(梁、板)在混凝土浇注过程中现场和临时支架的明确定义是由功率因数Pallett在他的书中推进具体技术(1]。在设计这种支撑脚手架系统,临时结构的安全系统,必须考虑其经济。在考虑安全的脚手架将导致非常小的安装间距垂直的柱上,大型安装工作量和施工措施费用高,如图1。然而,过多的追求的经济框架容易导致减少框架的安全裕度和整体框架的崩溃将会出现一些意想不到的负载下,如图2。
为了充分考虑安全、经济支撑脚手架系统的方案设计,当前设计系统的最佳实践是使用制造商推荐的负载能力在标准条件下基于负载测试。陈(2和吴3single-bay]进行加载测试系统脚手架结构测试实验室,获得了在不同的测试条件下负载能力。他们的测试结果的比较和分析,发现即使测试框架的安装尺寸是完全一致的,实测承载力的测试结果会有25%的偏差。偏差的原因也被充分讨论的文献[2,3),包括横截面的偏差,偏差的弹性模量的材料和加载方法。虽然彭et al (4)指出,弹性模量和截面参数测量框架的成员应该在框架承载力测试,这是不合理的进行大量的测试之前为了准确地获得其极限承载力每个支撑脚手架系统的设计。根据Dewobroto et al。5),实验加载测试支撑脚手架相对昂贵,非常危险,他建议采用直接分析法(坝),考虑二阶弹性分析支持和得到的承载力荷载位移曲线在加载过程中。彭et al。6)相结合的实际测量和数值模拟模型修改多个整体框架测试和提出的二阶弹性分析方法考虑了半刚性关节的支撑脚手架水平杆和杆连接节点可以采用确定的极限载荷能力的支持。
这是一个可行的方法来使用计算机辅助数值分析确定的承载力支撑脚手架。可以建立相应的数值模拟模型根据框架结构在实际安装计划和几何缺陷和关节僵硬等随机变量提出Chandrangsu et al。7)也可以被认为是在这个模型。然而,Zhang et al。8]指出几何缺陷和关节刚度的数值模型难以准确确定。应该引入蒙特卡罗模拟方法进行统计分析随机变量的影响规律,进一步确定支撑脚手架的可靠性。
然而,它是不可能进行大量的实测试验或数值模拟分析的随机变量之前制定的支持工作框架方案的实际项目。因此,成员容许应力设计(ASD)方法被应用到钢脚手架的设计如BS 59759)和GB 51210 (10]。同时,安全因素提出了脚手架的设计,也就是设计值的支持工作框架的承载力等于一个单极的极限载荷能力除以安全系数。Sexsmith et al。11)指出,支撑脚手架的特点作为临时结构应充分考虑在脚手架设计和安全系数的值应合理确定。不同国家代码的安全系数值是不同的。英国标准的安全系数是2.0,中国代码gb51210 - 2016要求的综合安全系数不小于2.2,支撑脚手架的设计框架。澳大利亚的代码要求综合安全系数不小于2 (12)和给定的最小安全系数的脚手架配件在美国代码是2 - 313]。
大多数研究人员认为,安全系数的值主要考虑几何和力学参数变化的影响,关节僵硬,初始几何缺陷,屈服应力和荷载偏心率的计算值一个杆的轴向力。本文关注安装间隙的顶部垂直的柱上,肯定存在于实际支撑脚手架的安装过程,并研究其影响垂直杆的轴力来确定支撑脚手架的安全系数设计更准确和合理。
2。缺口的分析顶部的垂直杆
垂直杆的力量仍然是一个理想的设计模型。然而,在实际施工中,波兰人的力量很难达到理想的设计模型由于施工偏差。特别是在安装过程中无法避免的缺口,导致不平等的垂直杆的力量。
脚手架的组成和荷载传递应该首先分析。的负载的上部脚手架传播通过plyform可调型接头,二级长笛和无记名斯金格。然后,u型可调支持将负载转移到垂直杆和垂直杆将负载转移到通过板条或工字梁基础。图3显示了脚手架的荷载传递路径支持。
根据脚手架的组成和荷载传递路径,有垂直杆之间的差距和不记名斯特林格在安装过程中,不可避免的。图4显示之间的差距可支持的顶部垂直杆和无记名斯金格。25垂直两极之间的差距和不记名斯特林格现场测量,测量结果表明,缺口的大小是不同的。如表所示1最大和最小间隙是1.4毫米和0毫米,平均差距为0.6毫米。空白的顶部垂直波兰人是不可避免的但他们被忽视了,从而导致的不平等分布垂直杆的轴力。实际的垂直杆的轴力偏离理想的力模型,在设计过程中不能准确地计算。
3所示。安装间隙的影响的数值分析
3.1。有限元模型
本文采用Midas创模型支持脚手架在分析垂直杆的力量。建模的具体过程如下:(1)建立垂直的柱上,水平杆,主要和二级长笛。垂直杆的垂直和水平跨度是900毫米×900毫米,而步距离是1500 mmand顶部的悬臂的长度是450毫米。分析了模板支持根据5-row×5-column模型。(2)设置截面特征。采用的垂直和水平两极Ø60.3mm×3.2毫米和Ø48.3mm×2.5毫米的钢管,分别是Q235钢和钢材料。Q235年级I10工字梁钢铁是用作无记名斯金格。采用的龙骨50 mm×100毫米木梁。(3)设置约束。底部的波兰人都设置为铰链约束。半刚性节点之间使用水平波兰人和垂直波兰人和节点的刚度是86 kn·m / rad称为中国代码”技术规范的安全插座类型盘式脚手架在施工“jgj231 - 2010。脚手架的计算和分析模型如图5。(4)设置空白的顶部垂直的波兰人。在计算模型中,元素被用来模拟的差距之间的差距的顶部垂直波兰人和焊接。(5)应用负载。差距的影响顶部的垂直柱的轴力垂直波兰人主要是研究了。以来的计算和分析,从无记名特约记者荷载传递主要是支持波兰人,上部支架支持应用到工字梁上的荷载形式的线性负载。线性负载在无记名特约记者20 kn / m计算和自重系数是1。(6)建立非线性分析。脚手架的失效形式主要是不稳定的失败。在计算和分析、大变形和大挠度模型需要考虑,所以非线性分析是必需的。这个模型只考虑几何非线性。计算方法是牛顿,加载步骤的数目是10。子步的迭代的数量是30。收敛条件采用位移控制和控制的值是0.01毫米。(7)执行平等差距和随机差异分析计算模型。
为了便于分析,垂直柱编号,编号图如图6。
3.2。平等的差距分析
本研究了测量的最大差距的影响垂直杆8、12、14和16的轴力杆13为例,研究最不利影响的顶部安装间隙的轴力垂直的波兰人。根据测量数据表1顶部的垂直,最大差距两极是1.4毫米。同时,为了找到缺口的大小对垂直杆的轴向力,轴力的变化规律的垂直杆8、12、14 and18分别研究当安装差距是0毫米,0.42毫米、0.84毫米、1.12毫米和1.4毫米。
根据有限元分析,可以看出:(1)图7显示垂直杆的轴力分布在没有安装顶部间隙。它可以发现周围的垂直杆的轴力是由于小的负载。垂直的轴力杆中间部分相对平等。图8显示了轴向力分布的波兰人8、12、14和18当安装间隙是1.4毫米。最大和最小轴向力的25个波兰人都42.53 kN, 0 kN,分别。(2)图9显示最大轴力的变化在脚手架有差距四个垂直的波兰人和他们主要的长笛。与顶部安装间隙的增加,轴向力的波兰人8、12、14和18逐渐从18.48 kn,减少19.73 kn,分别19.73 kn, 18.48 kn为0。杆的轴向力从18.46 kn 13逐渐增加到42.53 kn,这是2.3倍,没有缺口。
3.3。随机差异分析
顶部安装间隙的影响规律垂直杆的轴力可以清楚地看到通过平等的差距。然而,根据现场测量的数据,可以发现差距的顶部垂直波兰人是不确定的,因此本节将使用一个随机函数生成随机差距研究的影响范围。
根据计算在前一节中,大于1.4毫米的差距时,相应的垂直杆不会强调,区间[0 - 1.4]是用作差距分析区间。同时,为了比较不同缺口的影响区间的轴向力垂直的柱上,0.7,区间[0 - 1.4]的中间值,设置为划分点。因此,顶部安装间隙时间间隔设置为[0 - 0.7],一个随机函数用于生成15组样本和样本人数C1-1to C1-15。以来的区间范围(0 - 1.4)大于两倍[0 - 0.7],随机抽样的数量增加到30组和样本数据C2-1∼C2-30。的样本数量没有缺口C0垂直杆。
通过几何非线性有限元模型,垂直的轴力杆在区间[0 - 0.7]和区间[0 - 1.4],如图10和图11。当有差距极8、12、14、18,杆的轴力和轴向力下降13增加。这可以从图中找到10的最小和最大轴力杆13在区间[0 - 0.7]20.58 kn和28.05 knand平均为25.36 kn。这可以从图中找到11的最小轴向力杆13在区间[0 - 1.4]21.41 kn,而最大是40.88 kn,导致平均为31.78 kn。示例C1-1区间[0 - 0.7]的空白和样品C3-5[0 - 1.4]可以用来分析随机缺陷的分布规律的轴力垂直的波兰人。25垂直杆的轴向力分布的样本C1-1如图12。它可以发现,轴向力的最大值为25.39 kn,最小值为7.79 kn。图13显示了轴向力分布的25个样本C2-5垂直的柱上。这可以从图中找到13的最大轴力杆36.5 kn和最小轴向力是0 kn。
为了量化的效果差距的轴力垂直的柱上,介绍了提高系数的概念,也就是说,的比例与差距的最大轴力杆的轴力杆没有差距。杆的轴力与随机差距13区间[0 - 0.7]和[0 - 1.4]分析了计算增加系数,如图14和图15。这可以从图中找到14增加轴向力系数的最小值的极13区间[0 - 0.7)为1.1,而最大的值是1.5,平均值是1.4。这可以从图中找到15增加轴向力系数的最小值的极13区间[0 - 1.4)是1.2,最大值为2.2,平均值是1.7。
发生数量的增加系数13杆的轴力在区间[0 - 0.7]被数0.1的区间,在区间[0 - 1.4]他们0.2的区间数。样条曲线是用来适应统计结果和拟合曲线如图16和图17。它可以发现,发生数量的增加系数13杆的轴力在不同间隙间隔是正态分布。表2显示了平均值,标准差和变异系数。可以看出的最大变异系数增加13杆的轴力系数为12.35%,表明该数据的变异程度小(14]。
在正态分布曲线下,迭代法被用来获得一个面积95.449974%的水平轴间隔(μ2σ,μ+ 2σ),也就是说,X的概率下降(外μ2σ,μ+ 2σ)是小于5%。一般来说,事件的概率不到5%被称为“小概率事件”,它可以被认为是几乎不可能在一个单独的测试。因此,当单极的支撑架的设计承载力,安全系数μ+ 2σ有95%的保证速度和安全系数平均值μ有50%的保证。根据测量数据,区间[0 - 1.4]的差距更符合实际情况,所以平均值μ和μ+ 2σ的区间[0 - 1.4]被用作设计承载力安全系数的一个极点。根据表2,μ+ 2σ区间[0 - 1.4]的差距是2.1。
4所示。现场试验
为了验证分析结果的可靠性的模型,建立垂直的柱的轴力测试机架系统上进行了混凝土板厚度为2.5米。轴向力测试的特殊传感器安装在顶部的垂直杆在浇注区域测试轴力的变化在浇注过程中。轴向力测试传感器的垂直杆如图18。
发现有缺口的顶部垂直的波兰人。垂直杆的一部分被选为轴向力测试,总共12轴向力测量点安排。图19显示了测点的垂直杆。
混凝土浇筑完成后,垂直杆的轴力值也得到了相应的计量点,如图20.。根据理论模型,单一垂直杆的轴力值是相同的,计算平均值为24.23 kn。从图中的测量轴向力20.,它可以发现一个垂直杆的最大轴向力为35.56 kn,最低为17.15 kn。12两极中,有5个柱的轴力大于平均值计算。一个垂直杆的最大轴向力最小值的2.1倍,计算平均值的1.5倍。实际测量结果反映,垂直的柱上有很大的差距对垂直杆的轴向力的影响,验证了本文研究内容的可靠性。
5。总结
以来的整体承载力的简化设计方法支撑脚手架推荐的大多数代码是考虑一个全面的安全系数设计值的基础上一个垂直杆的稳定承载力,研究了综合安全系数的值。顶部安装间隙的影响在垂直的柱的轴力在脚手架的安装过程是强调。(1)在研究过程中,大量的实地测量的安装间隙的顶部垂直柱进行了测量的分布规律和价值区间差距进行了分析。(2)基于现场实测数据,支持临时支架的有限元模型与25波兰人考虑顶部间隙元素成立。差距的大小在模型中考虑了两种类型的分布,分别相等且随机分布。的值在平均分配,差距为1.4毫米。间隔的差距被[0,0.7]和[0,1.4]随机分布。顶部间隙的影响的轴力单刀被数值模拟分析。结果表明,垂直杆的轴力将均匀分布没有安装间隙,这被称为“平均值”。如果差距是均匀分布的,垂直的柱的轴力增加而增加的差距。当相邻两极差距达到1.4毫米,垂直杆的轴向力没有差距将会平均的2.3倍。当顶部的随机分布区间差距相邻垂直波兰人[0 - 0.7],垂直的最大轴力杆顶部是没有差距的平均价值的1.5倍。的最大轴力杆顶部是没有差距的平均价值的2.2倍,当随机区间[0 - 1.4]。(3)结合实测垂直杆的轴力测试某一工程项目,部分垂直的轴力杆支撑脚手架的现场测量,测量值与平均值计算。结果表明,垂直杆的最大轴力值测量最小值的2.1倍,也就是计算平均值的1.5倍。(4)安装顶部的差距两极肯定存在由于安装和支撑脚手架的安装过程。因此,当单极稳定承载力设计方法用于确定承载力的整个框架,综合安全系数的值应进一步考虑顶部安装间隙的影响。安全系数的建议值范围是1.7 - -2.1。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称他们没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。
作者的贡献
王涌泉:方法论、形式分析、原创作品。天府李:验证、可视化、调查。甲级写字楼盾:监督、资金收购。兴郭:调查、概念化、资源、项目管理。傅京:调查。
确认
这项工作得到了学校水平南京工程学院科研基金项目(YKJ201928)和科技计划项目的农村住房和城市发展部(2019 - k - 165)和基础科学(自然科学)研究项目的学院和大学在江苏省(21 kjd560007)。