超高层模板支撑系统的静力有限元分析.pdfVIP

第六届全国现代结构工程学术研讨会 超高层模板支撑系统的静力有限元分析 王红松完海鹰 (合肥工业大学土木建筑工程学院合肥230009) 摘要：本论文是对某中级人民法院综合审判楼南北楼之间天井院格构梁的模板支撑系统进行整体建模有限元分析的工程实 例。通过将模板支撑系统作为空间结构建立整体理论模型，采用大型有限元分析软件包ANSYS和空间结构计算机辅助设计 制造软件MSGS对系统进行精确数值分析，根据分析为模板支撑系统的检测及专项施工提供依据，因此对同类工程的设计 与施工具有相当的借鉴和参考价值。 关键词：模板支撑系统，有限元分析，风荷载，MSGS，ANSYS 一、专项工程概述 某中级人民法院综合审判楼工程，建筑总高58．2m，内设天井院，天井院净空尺寸为35．0m49．6m， 最大截面为4道预应力梁600*2400，专项工程在裙房顶部铺设满堂脚手架作为模板支撑系统，支撑系统 净高51．1m。 二、MSGS分析验算支撑体系静力性能 为了保证模板支撑系统及下部框架结构的安全，我们以模板支撑系统施工单位提供的专项施工方案为 基础，将其作为有限元三维空间分析模型的几何建模、荷载和约束建模的数据来源，采用中国建筑科学研 究院空间结构室研究开发的空间结构计算机辅助设计制造软件MSGS，对支撑系统进行整体杆件强度、刚 度、局部杆件的稳定性进行分析验算。并在分析时加入了施工方案中未考虑的风荷载影响。 (一)计算模型的选取及建立 几何建模和约束依据施工单位提供的专项施工方案，选取600*2400梁底支撑体系整体建模计算分析。 网格间距为：水平方向0．7m，竖直方向1．5m，外层斜撑间距2．1m，每层均与水平杆拉接。杆件简化为二 力杆，约束简化为铰支座或定向支座。最底部约束简化为定向支座，仅约束Y向位移，侧面约束简化为铰 支座，与每层柱相连(如图l，图2)。 (二)荷载输入 竖向荷载，通过计算，将其视为5跨连续梁的支座反力作用于节点上，在计算模型中取为对称的荷载 模式一l、荷载模式一2、荷载模式一3，作用于相应四榀立杆的顶端节点上。 风荷载，作为荷载模式一4作用于侧面节点上，风荷载标准值(ook)计算公式： 镍=0．7Pz．熊．％ 式中％——风荷载标准值(kN／m2) ∥：——风压高度变化系数(按《建筑结构风荷载规范》GBJ50009采用)； 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 ／z。——脚手架，风荷载体型系数； ‰——基本风压(kN／m2)(按《建筑结构风荷载规范》GBJ50009采用)。 0．7——折减系数。 自重荷载，作为荷载模式一5作用于所有节点上 图1混凝土梁侧支撑简图 图2几何建模及约束图 图3结构的位移500倍显示图 (三)材料分项系数选取 钢材强度的设计值，由于钢材的品种不同，其强度也不一样。钢管脚手架钢材一般选用Q235钢制作， 所以其钢材强度的标准值采用Q235钢的屈服强度o- 径矽48mm，壁厚3．5mm，这种材料规格比例已经符合冷弯薄壁钢材的规定，所以要按照《冷弯薄壁型钢结 构技术规范》的规定，选取分项系数为1／1．165。因此，脚手架钢管材料强度的设计值为：f=仃。／1．165 =240／1．165=205 N／ram2。 (四)计算结果及分析 计算结果显示结构有超应力杆件，分析为斜向支撑不足，重新建模后通过增加斜向支撑杆件。梁底布 置四榀(六根立杆时为外侧四根)，其余位置间距2100，均在两个方向布置。计算分析无超应力杆，无超 控制长细比杆。视为支撑体系结构强度、刚度、杆件局部稳定达到要求。 节点最大竖向位移值(In)=-0．0047 节点编号=6209 受压杆件最大应力值(N／mm*mm)=一197．5731两端节点=(5651，5657) 三、ANSYS分析验算支撑体系整体屈曲稳定 工程采用美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析软件ANSYS，以静力分析的几何模型和约束模型 为依据，利用pipe单元建模，利用EigenBuckling模块对模板支撑体系进行弹性屈曲承载力分析。 (一)支撑体系整体建模分析 采用静力计算中的模型，