導航：安全管理網>> 安全論文>> 建筑安全論文>>正文

高大模板支架結構安全狀態預警研究

文檔作者：師寶祿文檔來源：中鐵建設集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月25日
下載地址：點擊這里	文件大小： 1.43 MB 共3頁	文檔格式： PDF	下載點數： 1 點（VIP免費）

全屏查看

內容預覽 [文件共3頁]

本文件共3頁，如需編輯使用，請下載。

注：預覽效果可能會出現部分文字亂碼（如口口口）、內容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大小：1.43 MB 共3頁文件格式：PDF 下載點數：1 點（VIP會員免費）

上一篇：建筑隔震工程施工質量驗收標準研究

文本預覽

僅提取頁面文字內容，供快速閱讀使用。

１２
施　工　技　術
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１６ 年６ 月上
第４５ 卷　第１１ 期
ＤＯＩ：１０?? ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１６１１００１２
高大模板支架結構安全狀態預警研究
師寶祿
（中鐵建設集團有限公司，北京　１０００４０）
［摘要］ 為防止高大模板支撐系統在服役過程中發生整體失穩或倒塌，減少傷亡與財產損失，介紹一種圓鋼管多功
能模板支架監測系統的原理及其組成，以某工程Ａ 座高大模板（支撐架）為工程背景，并通過提取特征值屈曲分析
中的一階屈曲模態，進行缺陷敏感性分析，之后考慮初始幾何缺陷進行非線性有限元分析，給出架體在正常使用狀
態與極限狀態下的預警值，將預警值導入到開發的軟件中進行實時監測，達到預警值時進行報警信息的推送。
［關鍵詞］ 高大模板；腳手架；敏感性；預警值；有限元分析
［中圖分類號］ ＴＵ７５５?? ２；ＴＵ７３１?? ２ ［文獻標識碼］ Ａ　　　　［文章編號］ １００２?８４９８（２０１６）１１?００１２?０３
Ｔｈｅ Ｅａｒｌｙ Ｗａｒｎｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｈｉｇｈ ａｎｄ Ｌａｒｇｅ Ｆｏｒｍｗｏｒｋ
Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｔａｔｕｓ
Ｓｈｉ Ｂａｏｌｕ
（Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． ，Ｌｔｄ． ， Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｐｒｅｖｅｎｔ ｏｖｅｒａｌｌ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｒ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｆｏｒｍｗｏｒｋ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｉｔｓ ｓｅｒｖｉｃｅ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｃａｓｕａｌｔｉｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｌｏｓｓｅｓ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ａ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｃａｆｆｏｌｄ， ｉｔ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｏｆ
ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｆｏｒｍｗｏｒｋ ｉｎ ａ ｂｕｉｌｄｉｎｇ， ａｎｄ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｍｏｄｅ ｏｆ ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ
ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎｓ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ， ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｆｉｎｉｔｅ
ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｉｎｉｔｉａｌ ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ
ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｏ ｉｍｐｏｒｔ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ， ｓｏ ｔｈｅ ｗａｒｎｉｎｇ
ｍｅｓｓａｇｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｐｕｓｈｅｄ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｖａｌｕｅ ｉｓ ｒｅａｃｈｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ ａｎｄ ｌａｒｇｅ ｆｏｒｍｗｏｒｋ； ｓｃａｆｆｏｌｄｓ； ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ； ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｖａｌｕｅ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ
［作者簡介］ 師寶祿，高級工程師，國家一級注冊建造師， Ｅ?ｍａｉｌ：
ｓｈｉｂａｏｌｕ＠ ｚｔｊｓ． ｃｎ ［收稿日期］ ２０１６?０３?０３
１　監測系統原理及組成
本文采用的多功能模板支架的應變?位移監測
系統實現的主要方式為在腳手架可能發生較大應
變的部位安裝應變傳感器，在梁底和板底安裝位移
傳感器監測混凝土澆筑過程中梁和板產生的撓度，
并將監測信息傳遞到開發的應變自動識別軟件中，
在監測的過程中會有短信報警裝置，一旦監測到的
數據超過某一級別的預警值，軟件系統會根據預警
值的級別不同發報警短信給不同的人。
２　數值計算分析
２?? １　多功能模板支架簡介
多功能模板支架是和傳統的扣件式與碗扣式
腳手架不同的一種新型腳手架，與傳統的扣件式和
碗扣式腳手架力學傳遞方式相比，多功能模板支架
傳力并不像扣件式或碗扣式腳手架那樣需要定義
各傳力路徑上的剛度系數，它的各路徑上均為剛
接，傳力明確。并且相比于傳統的碗扣式與扣件式
腳手架，多功能模板支架結構簡單，搭設與拆卸方
便，節點構造簡潔合理，在整個體系的搭建過程中，
已搭建部分的自穩定效果好，可隨時搭拆爬梯。
２?? ２　有限元建模方案
在有限元分析建模過程中，由于多功能模板支
架橫桿與豎桿之間力與彎矩完全傳遞的特點，建模
時節點選擇與常見的扣件式要選擇彎矩傳遞系數
不同，本文全部采用剛接的連接方式建模；多功能
模板支架斜撐與橫桿和豎桿采用扣件連接方式，故
建模過程中采用ＭＰＣ 鉸接的方式連接。底部各節
點采用鉸接，頂部約束四角除豎向的位移。橫桿與
豎桿采用梁單元，斜撐采用桁架單元。荷載方面，
２０１６ Ｎｏ． １１ 師寶祿：高大模板支架結構安全狀態預警研究 　１３
將頂部的荷載轉化為節點力施加在撐托的頂部。
進行模型自振頻率分析時將上部結構質量均勻施
加在架體頂部。模型完成后如圖１ 所示，得到其自
振頻率如表１ 所示。
圖１　有限元模型
Ｆｉｇ． １　Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ
表１　模型自振頻率
Ｔａｂｌｅ １　Ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ
模態特征值頻率／ Ｈｚ
１ ２０３?? ９８ ２?? ２７
２ ５１０?? ０３ ３?? ５９
３ ３ ２５１?? １ ９?? ０７
４ ３ ６５１?? ４ ９?? ６２
５ ４ １６０?? ２ １０?? ２７
６ ４ ８４４?? ７ １１?? ０８
７ ５ ６９９?? ５ １２?? ０２
２?? ３　初始缺陷的選擇以及整體的缺陷敏感性分析
腳手架的整體或者局部的幾何初始缺陷是影
響其極限承載能力的重要方面，Ｌ． Ｈ． Ｔｅｈ 等提出采
用結構的特征模態計算結構的最小分支屈曲荷載，
沈世釗等提出采用一致缺陷模態法處理結構的初
始缺陷。一致缺陷模態法實際上就是采用一階屈
曲模態來模擬初始幾何缺陷的分布，在實質上與
Ｌ?? Ｈ?? Ｔｅｈ 等的方法相同。本文采用沈世釗等的方
法來模擬整個模板支架的初始幾何缺陷，采用通用
有限元軟件ＡＢＡＱＵＳ 進行整體分析，首先采用線性
屈曲分析得到整個腳手架的屈曲模態，并輸出其最
低階屈曲模態的位移，然后編輯模型關鍵字，將一
階屈曲模態位移導入新的模型中進行非線性屈曲
分析，用弧長法追蹤其荷載路徑。
結構缺陷敏感性的定義通常與３ 個方面密切相
關：①真實結構的臨界屈曲荷載遠低于經典理論預
測；②試驗數據離散，結構的極限承載力難以準確
預測；③達到極限承載力后結構突然失穩，某些極
端情況下結構突變失效。結構缺陷敏感性的類型
根據其對不同性質的臨界點，如極值點和分支點的
敏感性程度不同可以分為不同的類型，本文采用結
構承載力全過程曲線，在相同的結構中考慮不同大
小的幾何初始缺陷對結構極限承載力的影響。
初始幾何缺陷大小采用最不利一階屈曲模態，
大小分別選用１‰，５‰，１％，５％，１０％ 和完善結構
對比，結果如圖２ 所示，關鍵點數據如表２ 所示。
圖２　荷載系數曲線
Ｆｉｇ． ２　Ｌｏａｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｕｒｖｅｓ
表２　缺陷大小與荷載系數
Ｔａｂｌｅ ２　Ｔｈｅ ｄｅｆｅｃｔ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｌｏａｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
缺陷大小荷載系數
０ ７?? ７６
１‰ ５?? ２１
５‰ ３?? ５０
１％ ３?? ３１
５％ １?? ８５
１０％ １?? ３１
對１０ 種不同步長、跨高的腳手架進行缺陷敏感
性分析，結果如圖３ 所示。
圖３　缺陷與荷載系數曲線
Ｆｉｇ． ３　Ｔｈｅ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｌｏａｄ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
從表２ 中數據與圖３ 可看出，開始從完善結構
到有初始缺陷過渡的過程中，隨著缺陷增大，結構
承載能力迅速下降，因此結構為缺陷敏感型結構；
隨后隨著缺陷的增大，結構的承載力呈緩慢下降趨
勢。通過考慮現場實際情況與規范要求，取結構初
始幾何缺陷的１％ 對其進行靜力分析，包括對其進
行的正常使用狀態與承載力極限狀態的分析。
２?? ４　結果分析
ＡＢＡＱＵＳ 中處理圓管梁單元時，默認的輸入與
輸出積分點如圖４ 所示。
即輸出時每個梁截面的輸出積分點有４ 個，如
圖５ 所示。
　１４ 施工技術 第４５ 卷
圖４　圓管梁單元輸入與輸出積分點
Ｆｉｇ． ４　Ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｎｏｄｅｓ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｒ
ｔｕｂｅ ｂｅａｍ ｅｌｅｍｅｎｔ
圖５　某觀測點應變
Ｆｉｇ． ５　Ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ｓｏｍｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ
為保證檢測數據的穩定性與有效性，分析發現
ＳＰ３ ＋ ＳＰ５ ＝ ＳＰ１ ＋ ＳＰ７，因此在監測過程中，每個監
測點安裝相互對應的２ 個應變計，取其平均值作為
應變觀測結果。正常使用和極限承載力狀態下，頂
部節點荷載與觀測點的應變值如表３ 所示。
表３　頂部節點荷載與觀測點應變
Ｔａｂｌｅ ３　Ｓｔｒａｉｎ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ｌｏａｄ
ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｌｏａｄ
狀態ＳＰ１ ＳＰ３ ＳＰ５ ＳＰ７ ＡＶＥ
設計荷載
極限荷載
１?? １６ ×
１０ －４
３?? ８３ ×
１０ －４
１?? ８９ ×
１０ －４
６?? ２４ ×
１０ －４
１?? １６ ×
１０ －４
３?? ８３ ×
１０ －４
４?? ２５ ×
１０ －５
１?? ４０ ×
１０ －４
１?? １６ ×
１０ －４
３?? ８３ ×
１０ －４
板底位移與節點荷載曲線如圖６ 所示。頂部節
點荷載與觀測點位移如表４ 所示。
圖６　頂部節點荷載與觀測點位移
Ｆｉｇ． ６　Ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｌｏａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｐ ｎｏｄｅ
２?? ５　預警值設置
本監測系統的預警值分二級設置，一級預警值
　　　表４　頂部節點荷載與觀測點位移
Ｔａｂｌｅ ４　Ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｌｏａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｐ ｎｏｄｅ
狀態設計荷載（１０?? ４６ｋＮ） 極限荷載（２７?? ４５ｋＮ）
撓度／ ｍｍ ４?? １２ ４７?? ４６
為應變值超過設計荷載對應應變的１０％，二級預警
值為應變值達到結構極限承載力對應應變的８０％，
如表５ 所示。
表５　預警值設定
Ｔａｂｌｅ ５　Ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｗａｒｎｉｎｇ ｖａｌｕｅ
預警值一級二級
應變
撓度／ ｍｍ
１?? ２８ ×１０ －４
４?? ５
３?? ０６ ×１０ －４
３８?? ０
３　結語
１）通過對多功能模板支架的缺陷敏感性分析，
發現從完善結構至存在初始缺陷的結構變化過程
中結構的極限承載力迅速降低，發現其為缺陷敏感
型結構，結構的整體受力分析中應考慮初始幾何缺
陷的影響，本文根據實際現場情況與規范要求取
１％進行計算。
２）本應變?位移監測系統將應變計放置于可能
產生大應變的地方，位移計放置于梁與板的底部，
一級預警值設定為超出多功能模板支架設計荷載
對應應變的１０％，二級預警值設定為達到其極限承
載力對應應變的８０％，并且在預警時將信息推送給
特定的人。
３）該監測設備可以通過軟件進行預警值的預
設、預警信息的推送，并且監測應變的裝置可以反
復使用，從而可以實現多功能模板支架的動態監測
與倒塌預警的自動化。
參考文獻：
［ １ ］　ＢＲＡＮＤ Ｒ Ｅ． Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｃａｆｆｏｌｄｉｎｇ ［ Ｊ ］． Ｃｉｖｉｌ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｐｕｂｌｉｃ ｗｏｒｋｓ ｒｅｖｉｅｗ，１９７３，６８（８）：９９１?１００１．
［ ２ ］　ＰＥＮＧ Ｊ Ｌ， ＣＨＥＮ Ｗ Ｆ， ＣＨＡＮ Ｓ Ｌ． Ｓｔｒｕｃｔｕａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ
ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｃａｆｆｏｌｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ［ Ｊ］． Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，
Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ，１９９６（３）：２５１?２５６．
［ ３ ］　ＬＩＧＨＴＦＯＯＴ Ｅ，ＢＨＵＬＡ Ｄ． Ａ ｔｅｓｔ ｒｉｇ ｆｏｒ ｓｃａｆｆｏｌｄ ｃｏｕｐｌｅｒｓ ［Ｊ］．
Ｍａｔｅｒｉｅｕｘ ｃｏｎｓｔｒ，１９７７，１０（５?６）：１６８?１７３．
［ ４ ］　周奎，宋啟根． 鋼結構幾何缺陷的直接分析法［Ｊ］． 建筑鋼結
構進展，２００７（１）：５７?６２．
［ ５ ］　謝楠，王勇． 超高模板支架的極限承載能力研究［Ｊ］． 工程力
學，２００８，２５（１）：１４８?１５３．
［ ６ ］　汪芳，李證吉． 高效低耗組合模架體系試驗研究［Ｊ］． 施工技
術，２０１４，４３（２３）：２９?３３．
［ ７ ］　葛召深，胡長明，王靜，等． 扣件式鋼管模板支架剪刀撐研究
［Ｊ］． 施工技術，２００９，３８（８）：６２?６５．
［ ８ ］　ＴＥＨ Ｌ Ｈ，ＣＬＡＲＫＥ Ｍ Ｊ． Ｔｒａｃｉｎｇ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ ｐａｔｈｓ ｏｆ
ｅｌａｓｔｉｃ ｆｒａｍｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ［Ｊ］． Ｅｎｇｒｇ． Ｍｅｃｈ． ，ＡＳＣＥ，１９９９，１２５
（１２）：１３５８?１３６４．
［ ９ ］　沈世釗， 陳昕． 網殼結構穩定性［ Ｍ］． 北京： 科學出版
社，１９９２．

網友評論 more

建筑安全論文最新內容

09-25