满堂扣件式钢管支撑架门洞宽度对其受力特征的影响

2017-01-16施小明王娟玲

黄河水利职业技术学院学报 2016年3期

关键词：门洞满堂支撑架

施小明，王娟玲

（黄河水利职业技术学院，河南开封475004）

满堂扣件式钢管支撑架门洞宽度对其受力特征的影响

施小明，王娟玲

（黄河水利职业技术学院，河南开封475004）

为了探讨门洞宽度对满堂扣件式钢管支撑架受力特征的影响，通过SAP2000大型有限元软件建立有限元模型，基于节点半刚性分析了门洞宽度变化对其在荷载作用下的弯矩、剪力、轴力分布特征的影响，得出门洞宽度对满堂扣件式钢管支撑架内力的影响规律。

满堂扣件式钢管支撑架；门洞；SAP2000有限元软件；三维有限模型；半刚性

0 引言

满堂扣件式钢管支撑架以成本低廉，施工方便，施工周转快等优点在混凝土现浇施工中得到了广泛使用。在很多情况下，作为施工通道的门洞是满堂扣件式钢管支撑架的重要组成部分。门洞要承受上部结构施工传来的荷载，所以是整个模板支架体系的薄弱部位［1］。门洞宽度对保证施工期间物质运输至关重要。因此，分析门洞宽度对其受力特征的影响十分必要。笔者应用SAP2000有限元软件建立有限元三维模型，节点设置为半刚性连接，取拧紧力矩T＝40 kN·m时的节点刚度［2～5］，深入分析满堂扣件式钢管支撑架的受力特征，得出门洞宽度对满堂扣件式钢管支撑架内力的影响规律，期望为满堂扣件式钢管支撑架门洞的搭设提供参考。

1 建立模型

SAP2000有限元软件具有强大的结构分析能力，相比其他有限元软件，它在建模速度和设置半刚性节点方面有明显的优势。

1.1 建模步骤

（1）通过设置三维坐标轴的坐标，迅速完成满堂扣件式钢管支撑架的立杆间距和步距等参数的设置；（2）通过选择节点刚度的释放，完成拧紧力矩T＝40 kN·m时的半刚性节点刚度设置。

1.2 模型结构

为便于分析，采用立杆的纵、横、步距均为1m的三维有限元模型（如图1所示）。扣件式钢管支撑架的长宽均为6m，高为7.4m。扫地杆与地面的距离、立杆伸出顶层的长度、横向水平杆中心线至模板支撑点的长度均为0.2m，沿X轴中间位置留设2m和4m宽的门洞。每根立杆顶端施加的集中力均为5 kN。

图1 扣件式钢管支撑架门洞三维模型图Fig.1 The fastener－style tubular steel support frame door 3－D model

取三维有限元模型的XZ断面进行分析。为便于分析，沿Y轴由前向后标出满堂支撑架的行数。如，Y＝0为满堂支撑架的i行；Y＝1m为满堂支撑架的j行；Y＝2m为满堂支撑架的k行；Y＝3m为满堂支撑架l行。沿Z轴由上向下标出满堂支撑架的层数。如，Z＝7.2m为满堂支撑架的1层；Z＝6.2m为满堂支撑架2层；Z＝5.2m为满堂支撑架3层；Z＝4.2m为满堂支撑架4层；Z＝3.2m为满堂支撑架5层。

2 满堂扣件式钢管支撑架门洞宽度对其受力的影响［6～8］

2.1 门洞宽度对其弯矩效应的影响

门洞搭设高度为4.2m，通过对比门洞宽度为2m和4m时i行、j行、k行、l行模板支架的弯矩值，分析门洞宽度对其弯矩分布的影响。

采用门洞两侧立杆与门洞上方水平杆交叉点的弯矩作为分析对象，相应的弯矩值如表1所示。

表1 门洞宽度为2m和4m时门洞两侧立杆与上方水平杆交叉点的弯矩值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：门洞宽度由2m增大到4m时，宽度增大为原来的两倍，相对应的弯矩效应增大为原来的3倍左右，弯矩的增大幅度明显高于门洞宽度的增幅。由此可知：门洞宽度对弯矩效应影响明显，在施工中应注意这一现象。

2.2 门洞宽度对其剪力效应的影响

门洞搭设高度为4.2m，通过对比门洞宽度为4m和2m时i行、j行、k行、l行模板支架的剪力值，分析门洞宽度对其剪力分布的影响。

采用门洞两侧立杆与门洞上方水平杆交叉点的剪力作为分析对象，相应的剪力值如表2所示。

表2 门洞宽度为2m和4m时门洞两侧立杆与上方水平杆交叉点的剪力值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：门洞宽度由2m增大到4m时，宽度增大为原来的两倍，相对应的剪力效应增大为原来的2倍左右。剪力效应的增加基本与门洞宽度的增加幅度同步。由此可知：门洞宽度变化对剪力影响较为明显，但弱于对弯矩效应的影响。

2.3 门洞宽度对其轴力效应的影响

门洞搭设高度为4m，通过对比门洞宽度为4m和2m时i行、j行、k行、l行模板支架的轴力值，分析门洞宽度对其轴力分布的影响。

采用门洞两侧立杆与门洞上方水平杆交叉点的轴力作为分析对象，轴力值如表3所示。

表3 门洞宽度为2m和4m时门洞两侧立杆与上方水平杆交叉点的轴力值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：门洞宽度由2m增大到4m时，宽度增大为原来的两倍，相对应的轴力效应增大为原来的1.5倍左右，轴力的增大幅度弱于门洞宽度的增幅。但是，剪刀撑上轴力增加的幅度非常大，由3.95 kN增加到14.84 kN，变为原来的3.76倍，在施工中需要特别注意。