高大模板支架空间结构体系失效机理及其安全性控制理论研究

目前我国高大模板支架空间结构体系规范不健全（包括荷载的组合、计算模式的建立和构造要求等方面），由此导致模板支撑体系倒塌事故时有发生，给工程建设各方带来严重的经济损失和社会负面影响。本项目将通过室内足尺试验、现场测试和理论研究相结合的方法，对高大模板支架空间结构体系的承载力、节点半刚性进行试验，研究该体系的稳定承载力、失稳模式和节点M-θ关系式等；通过现场实测，研究该结构施工期承受的荷载及其最不利组合，并进行可靠性研究；探讨极限状态下和正常使用条件下高大模板支架空间结构体系的力学响应；研究不同构造条件、初始缺陷、节点半刚性及施工工艺等对架体的力学响应，提出把初始缺陷和节点半刚性等统一为结构的广义缺陷，分析广义缺陷对该结构稳定性的影响，并对模板支架施工安全状态进行综合评价，最终建立高大模板支架空间结构体系失效机理及其安全性控制理论。

本研究以不同搭设情况下的真架为研究对象，通过对其进行破坏性试验，研究了”不同因素对架体稳定承载力的影响，并通过有限元软件ANSYS对上述试验进行数值模拟验算；对直角扣件进行节点试验，采用对数非线性模型进行回归分析，确定了拧紧力矩与节点初始抗扭刚度之间的关系；建立高大模板支撑体系的失效准则，基于架体稳定性和人为失误对结构可靠性的影响进行了分析研究；为结合实际施工情况，采用静态应变测试系统对施工过程中的高大模板支撑体系内部杆件的应力应变进行了现场监测，掌握其内在变化规律，进而对模板支撑体系的安全施工进行有效控制。整个的研究过程中，取得了一些比较重要的研究成果：.1、通过整架试验研究，可以得出以下结论：（1）纵横向剪刀撑的设置对提高整架的承载力发挥的作用很大，且改变了失稳模态，并限制了整架的最大变形量。.（2）扫地杆上的应力要比其上面的横杆大得多。（3）不管是发生纵向的弯曲失稳还是横向弯曲失稳：纵向横杆在端跨的应力要比中间跨大，而横向横杆端跨要比中间跨小。.（4）当支架发生横向弯曲失稳时，横向剪刀撑和纵向剪刀撑的受力最大值和最小值发生部位不同。.2、通过节点试验研究，得出了水平杆与立杆通过直角扣件的连接点属于半刚接，用MATLAB语言可以得出该体系在拧紧力矩等于40N•m的情况下初始转动刚度Rk=85kN•m/rad；通过试验和理论分析，创新性的对倾角变位方程进行了修正，提出考虑节点半刚性的高支模体系的计算方法；.3、针对影响高支模架体的初始缺陷的因素众多的情况，提出用假想水平力来代替架体的缺陷，即高支模体系的假想水平力设计法；.4、采用静态应变测试系统对施工过程中模板支撑体系内部杆件应力进行测量，得到如下结论：.（1）混凝土浇筑过程中，立杆应力的增长存在突变的现象，且变化的幅度较大，产生此种现象的直接原因为混凝土在立杆上部集中浇筑。.（2）对于超高模板支撑体系而言，其内部各类杆件的应力非常不稳定，均呈现出波纹状的变化趋势。