可伸縮式雙榀桁架免落地臨時支撐

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一、計算任務描述

1.研究背景

教學樓、宿舍樓、病房、高層辦公樓等樓板跨度多為3.2m~4.2m，無法避免大面積搭設臨時支撐；落地臨時支撐的搭設，受限于下層樓板的砼澆筑養護完成的時間點，影響施工進度；當公建項目首層層高較高（大于4.5m）時，落地臨時支撐搭設費用和風險都將翻倍，如涉及高支模還需要組織專家評審；全現澆樓板與鋼結構的施工效率不匹配，落地支撐影響外墻安裝效率。

2.研究的工程價值和意義

可伸縮式雙榀桁架免落地臨時支撐為免落地支撐第三版迭代成果，解決了常規落地支撐對施工進度和施工作業空間的不利影響，解決了全現澆樓板的施工效率低的問題。新型可伸縮免落地樓板臨時桁架支撐可對超過樓板類型最大適用跨度的現澆樓板提供臨時支撐。其特點是：支撐結構不落地，且適用兩端等高或不等高鋼梁；可以調節長度，適用于3.6m~4.2m的樓板跨度；可快捷高效地安裝和拆卸；能夠多次循環使用。

免落地支撐，解決了支撐受下層混凝土澆筑養護的時間點制約，加快施工進度；樓板的施工進度可以快約17%（以4層教學樓為例），工期縮短的比例基本為原工期的47%；對于層高較高的樓層，免落地支撐可以避免高支模的風險；利用結構已有鋼梁支撐，不占用樓層空間，提供了多工種交叉作業的施工界面；上層樓板的施工，無需等下層樓板的砼澆筑養護；研究成果應用成熟，可以進行外部推廣，創造收益。

3.任務

利用ABAQUS通用有限元計算程序對可伸縮免落地樓板臨時桁架支撐進行均布荷載下的承載力分析；對有側向約束和無側向約束兩種情況分別進行建模分析，為理論計算結果和工程應用提供參考。

二、仿真計算采用的設備基本情況

       處理器為 Intel(R) Core(TM) i7-4790 CPU @ 3.60GHz   3.60 GHz

       機帶RAM：  16.00 GB

       系統類型：64 位操作系統, 基于 x64 的處理器

三、計算模型的處理技術

模型采用非線性隱式方法求解。上弦、下弦、墊板、銷軸、螺栓均采用8節點六面體線性減縮積分的三維實體單元（C3D8R），并進行沙漏控制；腹桿桁架鋼筋選取2節點線性三維桁架單元（T3D2）。模型采用了結構化與掃掠式結合的網格劃分技術。

銷軸和支撐端部的拉力螺栓與支撐之間采用綁定（Tie）約束模擬，上、下弦中的插接部位采用綁定（Tie）約束模擬；腹桿桁架鋼筋與上、下弦之間采用綁定（Tie）約束模擬；插接部分下弦與上弦連接部位采用綁定（Tie）約束模擬；插接部分端部下側墊板與上弦采用綁定（Tie）約束模擬。加載點與雙榀腹桿桁架的上弦上表面進行耦合約束。

（a） 上弦

（b） 下弦

（c） 腹桿

（d） 墊板

（e） 銷軸與螺栓

圖1 部件

圖2 單元網格劃分

四、方法計算的機時耗費情況

該模型計算效率和精度較高，在處理器為 Intel(R) Core(TM) i7-4790 CPU @ 3.60GHz   3.60 GHz，內存為16.00 GB， 64 位Windows操作系統（基于 x64 的處理器）下，由于建模過程較精細，耗費時間略長，約4小時。此模型采用了多種單元類型，計算復雜程度略高，多次計算無法收斂，經反復調試后，單個模型提交作業后需20分鐘左右可獲得模型計算結果。

五、仿真計算的結果分析

（一）側向約束模型應力與變形

1. 整體應力分布與變形

圖3 整體應力分布與變形

2. 中間段應力分布與變形

圖4 中間段應力分布與變形

3. 插接段應力分布與變形

圖5 插接段應力分布與變形

4. 端部應力分布與變形

圖6 端部應力分布與變形

5. 受拉螺栓應力分布與變形

圖7 受拉螺栓應力分布與變形

6. 連接部位應力分布與變形

圖8 連接部位應力分布與變形

7. 銷軸應力分布與變形

圖9 銷軸應力分布與變形

（二）無側向約束模型應力與變形

1. 整體應力分布與變形

圖10 整體應力分布與變形

2. 中間段應力分布與變形

圖11 中間段應力分布與變形

3. 插接段應力分布與變形

圖12 插接段應力分布與變形

4. 端部應力分布與變形

圖13 端部應力分布與變形

5. 受拉螺栓應力分布與變形

圖14 受拉螺栓應力分布與變形

6. 連接部位應力分布與變形

圖15 連接部位應力分布與變形

7. 銷軸應力分布與變形

圖16 銷軸應力分布與變形

圖17 有側向約束的可伸縮支撐荷載位移曲線

圖18 無側向約束的可伸縮支撐荷載位移曲線

表1  可伸縮臨時支撐承載力計算結果

試件編號	總長度/mm	支撐高度/mm		側向約束	極限荷載/kN	中間桁架	插接桁架	端部螺栓
SSZC1	4330	310		無	23.14	側向失穩	側向失穩	拉彎變形
SSZC2	4330	310		有	26.98	局部變形	側向失穩	軸拉變形

六、結論

1. 有側向約束的可伸縮支撐在荷載作用下，支撐端部及插接連接部位出現變形，插接處插接段上弦、雙榀腹桿桁架下弦端部、銷軸變形相對明顯；插接段上、下弦發生側向失穩。

2. 無側向約束的可伸縮支撐在荷載作用下，支撐端部、插接段上弦、雙榀腹桿桁架下弦端部、銷軸變形相對較大；支撐整體的上、下弦發生側向失穩。

3. 有側向約束的可伸縮支撐支撐承載力相對無側向約束的可伸縮支撐較高；有側向約束的可伸縮支撐支撐極限承載力為26.98kN，無側向約束的可伸縮支撐極限承載力為23.14kN，表明側向約束對支撐承載力影響較明顯。

4. 有側向約束的可伸縮支撐支撐達到極限荷載后承載力下降較慢，承載力不明顯降低而位移繼續增大，延性較好；無側向約束的可伸縮支撐支撐達到極限荷載后承載力迅速下降，而位移無增加，發生整體側向失穩。

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