剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞受力特征的影響

施小明，王娟玲

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004）

為探討剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞受力特征的影響，通過(guò)大型有限元軟件，基于節(jié)點(diǎn)半剛性分析剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞在荷載作用下的彎矩、剪力、軸力的分布特征的影響。得出剪刀撐可大幅降低滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞在荷載作用下的彎矩和剪力效應(yīng)門(mén)洞上方的立桿把軸力傳遞給門(mén)洞兩側(cè)的立桿，門(mén)洞兩側(cè)的立桿穩(wěn)定性是門(mén)洞是否破壞的關(guān)鍵等重要結(jié)論。為滿堂扣件式鋼管支撐架的門(mén)洞的搭設(shè)提供理論依據(jù)。

滿堂扣件式鋼管支撐架；門(mén)洞；半剛性分析；剪刀撐；立桿穩(wěn)定性

0 引 言

滿堂扣件式鋼管支撐架是連續(xù)梁橋現(xiàn)澆施工的重要工具，門(mén)洞是滿堂扣件式鋼管支撐架的薄弱部位，作為門(mén)洞的重要組成部分—剪刀撐，分析剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞的受力特征的影響對(duì)保證門(mén)洞的安全十分必要。通過(guò)建立有限元三維模型，節(jié)點(diǎn)設(shè)置為半剛性連接，取擰緊力矩T=40kN·m時(shí)的節(jié)點(diǎn)剛度，深入分析扣件式鋼管支撐架門(mén)洞的受力特證。

1 分析的思路

分析的模型采用立桿縱、橫、步距均為1m的三維有限元模型，模板支撐架的長(zhǎng)寬均為 6m，高為7.4m。掃地桿距地面，立桿伸出頂層橫向水平桿中心線至模板支撐點(diǎn)的長(zhǎng)度均為0.2m，沿x軸中間位置留設(shè)2m寬的門(mén)洞。

通過(guò)分析滿堂支撐架i、j、k、l行的彎矩、剪力、軸力的變化來(lái)分析剪刀撐對(duì)滿堂支撐架門(mén)洞的影響。

為便于分析，每根立桿頂端施加的集中力均為5kN。

圖1 扣件式鋼管支撐架門(mén)洞三維模型圖

2 剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞的影響

2.1 剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞彎矩效應(yīng)的影響

通過(guò)分析門(mén)洞搭設(shè)高度為3.2m時(shí)i行、j行、k行、l行模板支架的彎矩圖來(lái)揭示剪刀撐對(duì)門(mén)洞在荷載作用下彎矩的分布。其彎矩圖如圖2～圖5所示。

圖2 門(mén)洞高度為3.2m的i行彎矩圖

圖3門(mén)洞高度為3.2m的j行彎矩圖

圖4 門(mén)洞高度為3.2m的k行彎矩圖

圖5 門(mén)洞高度為3.2m的l行彎矩圖

采用門(mén)洞兩側(cè)立桿與門(mén)洞上方水平桿交叉點(diǎn)的彎矩作為分析對(duì)象，由彎矩圖可以知道：在搭設(shè)高度為3.2m的情況下，i行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，各層水平桿彎矩依次為-0.01kN·m、-0.02kN·m、-0.03.2kN·m、-0.01kN·m、-0.02kN·m；j行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，門(mén)洞上方水平桿從上到下各層水平桿的彎矩依次為-0.17kN·m、-0.21kN·m、-0.21kN·m、-0.21kN·m、0.21kN·m；k行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，門(mén)洞上方水平桿從上到下各層水平桿的彎矩依次為-0.22kN·m、-0.26kN·m、-0.26kN·m、-0.27kN·m、-0.26kN·m；l行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，門(mén)洞上方水平桿從上到下各層水平桿的彎矩依次為-0.22kN·m、-0.27kN·m、-0.27kN·m、-0.28kN·m、-0.27kN·m。

從分析結(jié)果上可以得出：①剪刀撐對(duì)門(mén)洞在荷載作用下的彎矩效應(yīng)影響明顯，設(shè)置剪刀撐的i行的彎矩效應(yīng)要比j行、k行、l行的彎矩效應(yīng)要小得多；②距設(shè)置剪刀撐的i行越近，其彎矩效應(yīng)越小；距i行越遠(yuǎn)，彎矩效應(yīng)越大；③由設(shè)置剪刀撐的i行到不設(shè)置剪刀撐j行，彎矩效應(yīng)變化很大，而在均不設(shè)置剪刀撐的k行、j行、l行，彎矩效應(yīng)變化較小，且距設(shè)置剪刀撐的i行越遠(yuǎn)，彎矩效應(yīng)變化越小。

2.2 剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞剪力效應(yīng)的影響

通過(guò)分析門(mén)洞搭設(shè)高度為3.2m時(shí)i行、j行、k行、l行模板支架的剪力圖來(lái)揭示剪刀撐對(duì)門(mén)洞在荷載作用下剪力的分布。其剪力圖如圖6～9所示。

采用門(mén)洞兩側(cè)立桿與門(mén)洞上方水平桿交叉點(diǎn)的剪力作為分析對(duì)象，由剪力圖可以知道：在搭設(shè)高度為為3.2m的情況下，i行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，各層水平桿的剪力依次為-0.05kN、-0.05kN、-0.07kN、-0.05kN、-0.06kN；j行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，門(mén)洞上方水平桿從上到下各層水平桿的剪力依次為-0.4kN、-0.45kN、-0.45kN、-0.47kN、-0.47kN；k行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，門(mén)洞上方水平桿從上到下各層水平桿的剪力依次為-0.50kN、-0.57kN、-0.57kN、-0.59kN、-0.58kN；l行門(mén)洞上方水平桿從1層到5層，門(mén)洞上方水平桿從上到下各層水平桿的剪力依次為-0.51kN、-0.58kN、-0.58kN、-0.60kN、-0.59kN。

圖6 門(mén)洞高度為3.2m的i行剪力圖

圖7 門(mén)洞高度為3.2m的j行剪力圖

圖8 門(mén)洞高度為3.2m的k行剪力圖

圖9 門(mén)洞高度為3.2m的l行剪力圖

從分析結(jié)果上可以得出：①剪刀撐對(duì)門(mén)洞在荷載作用下的剪力效應(yīng)影響明顯，設(shè)置剪刀撐的i行的彎矩效應(yīng)要比j行、k行、l行的剪力效應(yīng)要小得多；②距設(shè)置剪刀撐的i行越近，其剪力效應(yīng)越小；距i行越遠(yuǎn)，剪力效應(yīng)越大，但增加的幅度越小。

2.3 剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管支撐架門(mén)洞軸力效應(yīng)的影響

通過(guò)分析門(mén)洞搭設(shè)高度為3.2m時(shí)i行、j行、k行、l行模板支架的軸力圖來(lái)揭示剪刀撐對(duì)門(mén)洞在荷載作用下剪力的分布。其軸力圖如圖10～13所示。

采用門(mén)洞兩側(cè)立桿與門(mén)洞上方水平桿交叉點(diǎn)的軸力作為分析對(duì)象，由軸力圖可以知道：在搭設(shè)高度為為3.2m的情況下，i行門(mén)洞兩側(cè)立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.14kN、-5.28kN、-5.90kN、-6.04kN、-6.52kN；i行門(mén)洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.30kN、-5.28kN、-5.68kN、-6.01kN、-6.01kN，其中剪刀撐上的作用的軸力為-3.48kN。

圖10 門(mén)洞高度為3.2m的i行軸力圖

圖11 門(mén)洞高度為3.2m的j行軸力圖

圖12 門(mén)洞高度為3.2m的k行軸力圖

圖13 門(mén)洞高度為3.2m的l行軸力圖

j行門(mén)洞兩側(cè)立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.58kN、-6.15kN、-6.74kN、-7.35kN、-7.98kN；j行門(mén)洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-4.13kN、-3.10kN、-2.06kN、-0.99kN。

k行門(mén)洞兩側(cè)立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.70kN、-6.41kN、-7.13kN、-7.87kN、-8.64kN；k行門(mén)洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-4.14kN、-3.11kN、-2.08kN、-1.03kN。

l行門(mén)洞兩側(cè)立桿從1層到6層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-5.72kN、-6.44kN、-7.18kN、-7.94kN、-8.73kN；l行門(mén)洞上方立桿從1層到5層，各層立桿軸力依次為-5.01kN、-4.14kN、-3.12kN、-2.11kN、-1.06kN。

從分析結(jié)果上可以得出：①剪刀撐對(duì)門(mén)洞在荷載作用下的軸力效應(yīng)影響明顯，設(shè)置剪刀撐的i行的彎矩效應(yīng)要比j行、k行、l行的軸力變化要小；②距設(shè)置剪刀撐的i行越近，其剪力效應(yīng)越小；距i行越遠(yuǎn)，軸力效應(yīng)越大，但增加的幅度越小；③對(duì)門(mén)洞上方立桿的軸力影響較大，在設(shè)置剪刀撐的i行，門(mén)洞上方立桿的軸力從 1層到剪刀撐交叉點(diǎn)是逐步增大的，而不設(shè)置剪刀撐的j、k、l行，門(mén)洞上方立桿的軸力從1層到5層是逐步增大的；④在不設(shè)置剪刀撐的j、k、l行，門(mén)洞兩側(cè)立桿的軸力逐步增大，門(mén)洞上方立桿軸力減小的部分轉(zhuǎn)移到門(mén)洞兩側(cè)的立桿上，門(mén)洞下方的立桿是門(mén)洞受力最薄弱的部位。

3 結(jié) 論

①剪刀撐對(duì)滿堂扣件式鋼管架門(mén)洞的受力有著很大的影響，有效地降低了滿堂扣件式鋼管架門(mén)洞在荷載作用下的彎矩和剪力效應(yīng)，在設(shè)置剪刀撐的滿堂扣件式鋼管架的斷面表現(xiàn)最為明顯，距設(shè)置剪刀撐的滿堂扣件式鋼管架的斷面越遠(yuǎn)，影響越弱。

②門(mén)洞上方的立桿把軸力傳遞給門(mén)洞兩側(cè)的立桿，而滿堂扣件式鋼管支撐架往往是整體穩(wěn)定破壞，因而，門(mén)洞兩側(cè)的立桿穩(wěn)定性是門(mén)洞是否破壞的關(guān)鍵。

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TU997

A

1007-7359（2016）02-0163-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.058

非預(yù)應(yīng)力中等跨徑連續(xù)組合梁橋的應(yīng)用研究（編號(hào)：15A560032）

施小明（1983-），男，河南新鄉(xiāng)人，畢業(yè)于鄭州大學(xué)，碩士；助教，主要從事橋梁施工方面的教學(xué)工作。