剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞受力特征的影响

施小明，王娟玲

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞受力特征的影响

施小明，王娟玲

（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004）

为探讨剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞受力特征的影响，通过大型有限元软件，基于节点半刚性分析剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞在荷载作用下的弯矩、剪力、轴力的分布特征的影响。得出剪刀撑可大幅降低满堂扣件式钢管支撑架门洞在荷载作用下的弯矩和剪力效应门洞上方的立杆把轴力传递给门洞两侧的立杆，门洞两侧的立杆稳定性是门洞是否破坏的关键等重要结论。为满堂扣件式钢管支撑架的门洞的搭设提供理论依据。

满堂扣件式钢管支撑架；门洞；半刚性分析；剪刀撑；立杆稳定性

0 引 言

满堂扣件式钢管支撑架是连续梁桥现浇施工的重要工具，门洞是满堂扣件式钢管支撑架的薄弱部位，作为门洞的重要组成部分—剪刀撑，分析剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞的受力特征的影响对保证门洞的安全十分必要。通过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=40kN·m时的节点刚度，深入分析扣件式钢管支撑架门洞的受力特证。

1 分析的思路

分析的模型采用立杆纵、横、步距均为1m的三维有限元模型，模板支撑架的长宽均为 6m，高为7.4m。扫地杆距地面，立杆伸出顶层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宽的门洞。

通过分析满堂支撑架i、j、k、l行的弯矩、剪力、轴力的变化来分析剪刀撑对满堂支撑架门洞的影响。

为便于分析，每根立杆顶端施加的集中力均为5kN。

图1 扣件式钢管支撑架门洞三维模型图

2 剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞的影响

2.1 剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞弯矩效应的影响

通过分析门洞搭设高度为3.2m时i行、j行、k行、l行模板支架的弯矩图来揭示剪刀撑对门洞在荷载作用下弯矩的分布。其弯矩图如图2～图5所示。

图2 门洞高度为3.2m的i行弯矩图

图3门洞高度为3.2m的j行弯矩图

图4 门洞高度为3.2m的k行弯矩图

图5 门洞高度为3.2m的l行弯矩图

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，由弯矩图可以知道：在搭设高度为3.2m的情况下，i行门洞上方水平杆从1层到5层，各层水平杆弯矩依次为-0.01kN·m、-0.02kN·m、-0.03.2kN·m、-0.01kN·m、-0.02kN·m；j行门洞上方水平杆从1层到5层，门洞上方水平杆从上到下各层水平杆的弯矩依次为-0.17kN·m、-0.21kN·m、-0.21kN·m、-0.21kN·m、0.21kN·m；k行门洞上方水平杆从1层到5层，门洞上方水平杆从上到下各层水平杆的弯矩依次为-0.22kN·m、-0.26kN·m、-0.26kN·m、-0.27kN·m、-0.26kN·m；l行门洞上方水平杆从1层到5层，门洞上方水平杆从上到下各层水平杆的弯矩依次为-0.22kN·m、-0.27kN·m、-0.27kN·m、-0.28kN·m、-0.27kN·m。

从分析结果上可以得出：①剪刀撑对门洞在荷载作用下的弯矩效应影响明显，设置剪刀撑的i行的弯矩效应要比j行、k行、l行的弯矩效应要小得多；②距设置剪刀撑的i行越近，其弯矩效应越小；距i行越远，弯矩效应越大；③由设置剪刀撑的i行到不设置剪刀撑j行，弯矩效应变化很大，而在均不设置剪刀撑的k行、j行、l行，弯矩效应变化较小，且距设置剪刀撑的i行越远，弯矩效应变化越小。

2.2 剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞剪力效应的影响

通过分析门洞搭设高度为3.2m时i行、j行、k行、l行模板支架的剪力图来揭示剪刀撑对门洞在荷载作用下剪力的分布。其剪力图如图6～9所示。

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，由剪力图可以知道：在搭设高度为为3.2m的情况下，i行门洞上方水平杆从1层到5层，各层水平杆的剪力依次为-0.05kN、-0.05kN、-0.07kN、-0.05kN、-0.06kN；j行门洞上方水平杆从1层到5层，门洞上方水平杆从上到下各层水平杆的剪力依次为-0.4kN、-0.45kN、-0.45kN、-0.47kN、-0.47kN；k行门洞上方水平杆从1层到5层，门洞上方水平杆从上到下各层水平杆的剪力依次为-0.50kN、-0.57kN、-0.57kN、-0.59kN、-0.58kN；l行门洞上方水平杆从1层到5层，门洞上方水平杆从上到下各层水平杆的剪力依次为-0.51kN、-0.58kN、-0.58kN、-0.60kN、-0.59kN。

图6 门洞高度为3.2m的i行剪力图

图7 门洞高度为3.2m的j行剪力图

图8 门洞高度为3.2m的k行剪力图

图9 门洞高度为3.2m的l行剪力图

从分析结果上可以得出：①剪刀撑对门洞在荷载作用下的剪力效应影响明显，设置剪刀撑的i行的弯矩效应要比j行、k行、l行的剪力效应要小得多；②距设置剪刀撑的i行越近，其剪力效应越小；距i行越远，剪力效应越大，但增加的幅度越小。

2.3 剪刀撑对满堂扣件式钢管支撑架门洞轴力效应的影响

通过分析门洞搭设高度为3.2m时i行、j行、k行、l行模板支架的轴力图来揭示剪刀撑对门洞在荷载作用下剪力的分布。其轴力图如图10～13所示。

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，由轴力图可以知道：在搭设高度为为3.2m的情况下，i行门洞两侧立杆从1层到6层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-5.14kN、-5.28kN、-5.90kN、-6.04kN、-6.52kN；i行门洞上方立杆从1层到5层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-5.30kN、-5.28kN、-5.68kN、-6.01kN、-6.01kN，其中剪刀撑上的作用的轴力为-3.48kN。

图10 门洞高度为3.2m的i行轴力图

图11 门洞高度为3.2m的j行轴力图

图12 门洞高度为3.2m的k行轴力图

图13 门洞高度为3.2m的l行轴力图

j行门洞两侧立杆从1层到6层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-5.58kN、-6.15kN、-6.74kN、-7.35kN、-7.98kN；j行门洞上方立杆从1层到5层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-4.13kN、-3.10kN、-2.06kN、-0.99kN。

k行门洞两侧立杆从1层到6层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-5.70kN、-6.41kN、-7.13kN、-7.87kN、-8.64kN；k行门洞上方立杆从1层到5层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-4.14kN、-3.11kN、-2.08kN、-1.03kN。

l行门洞两侧立杆从1层到6层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-5.72kN、-6.44kN、-7.18kN、-7.94kN、-8.73kN；l行门洞上方立杆从1层到5层，各层立杆轴力依次为-5.01kN、-4.14kN、-3.12kN、-2.11kN、-1.06kN。

从分析结果上可以得出：①剪刀撑对门洞在荷载作用下的轴力效应影响明显，设置剪刀撑的i行的弯矩效应要比j行、k行、l行的轴力变化要小；②距设置剪刀撑的i行越近，其剪力效应越小；距i行越远，轴力效应越大，但增加的幅度越小；③对门洞上方立杆的轴力影响较大，在设置剪刀撑的i行，门洞上方立杆的轴力从 1层到剪刀撑交叉点是逐步增大的，而不设置剪刀撑的j、k、l行，门洞上方立杆的轴力从1层到5层是逐步增大的；④在不设置剪刀撑的j、k、l行，门洞两侧立杆的轴力逐步增大，门洞上方立杆轴力减小的部分转移到门洞两侧的立杆上，门洞下方的立杆是门洞受力最薄弱的部位。

3 结 论

①剪刀撑对满堂扣件式钢管架门洞的受力有着很大的影响，有效地降低了满堂扣件式钢管架门洞在荷载作用下的弯矩和剪力效应，在设置剪刀撑的满堂扣件式钢管架的断面表现最为明显，距设置剪刀撑的满堂扣件式钢管架的断面越远，影响越弱。

②门洞上方的立杆把轴力传递给门洞两侧的立杆，而满堂扣件式钢管支撑架往往是整体稳定破坏，因而，门洞两侧的立杆稳定性是门洞是否破坏的关键。

［1］王绪华.利用扣件式钢管巧搭大门洞［J］.中小企业科技，2007（7）：74-77.

［2］JGJ130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范［S］.

［3］谭婷婷.扣件式钢管脚手架在高支模技术中应用［J］.施工技术，2013，42（S1）：255-257.

［4］陈奖.水平加强层和竖向剪刀撑对扣件式模板支架稳定承载力的影响［J］.建筑，2008，14（3）：59.

［5］张卫红，刘建民，朱国卫.基于整架试验的扣件式钢管脚手架半刚性节点计算方法［J］.山东建筑大学学报，2009，24（1）：40-41.

［6］刘宗仁，涂新华.扣件式钢管脚手架临界力下限计算方法［J］.建筑技术，2001，22（8）：541-543.

［7］袁雪霞，金伟良，鲁征，刘鑫，陈天民.扣件式钢管支模架稳定承载能力研究［J］.土木工程学报，2006，29（5）：43-46.

［8］施小明.基于特征参数分析的满堂红扣件式钢管架支撑体系刚度研究［D］.郑州：郑州大学，2010.

TU997

A

1007-7359（2016）02-0163-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.058

非预应力中等跨径连续组合梁桥的应用研究（编号：15A560032）

施小明（1983-），男，河南新乡人，毕业于郑州大学，硕士；助教，主要从事桥梁施工方面的教学工作。