半刚性节点的压杆稳定计算方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种半刚性节点的压杆稳定计算方法。脚手架受力特点是稳定荷载控制支架设计，每年脚手架坍塌失稳事故层出不穷，主要原因是各类脚手架规范里稳定计算的方法是经验法，相应的计算理论不完善，荷载试验有局限，给出的稳定性计算参数有瑕疵，本申请从能量守恒的观点出发，通过变分法，分析半刚性节点的压杆稳定计算方法，得出脚手架稳定计算公式，为相关规范修编提供参考。

【技术实现步骤摘要】
半刚性节点的压杆稳定计算方法及应用
本专利技术涉及脚手架半刚性节点的压杆稳定计算。
技术介绍
钢管脚手架作为建筑和桥梁等结构常用浇筑支架，具有材料轻便、周转性好、搭设快速、适应面广的特点。脚手架受力特点是稳定荷载控制支架设计，每年脚手架坍塌失稳事故层出不穷，主要原因是各类脚手架规范里稳定计算的方法是经验法，相应的计算理论不完善，荷载试验有局限，给出的稳定性计算参数有瑕疵。常用的脚手架结构形式有扣件式脚手架、碗扣式脚手架、盘扣式脚手架、CKC支架、重型门架、塔架等。相应的规范有《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》(JGJ166-2008)、《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》(JGJ231-2010)、《建筑施工门式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ128-2010)、《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2011)、《建筑施工临时支撑结构技术规范》(JGJ300-2013)、《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》(TB10110-2011)。其中JGJ300-2013对稳定性的模拟试验做的比较多，其他规范应当按照JGJ300-2013里面的公式去计算稳定性。需要指出的是，JGJ300-2013规范编制单位均为建筑公司，对桥梁结构高支架的稳定试验偏少，超过10m后高支架施工偏于危险。有必要从原理上推导支架稳定计算公式，探索稳定荷载与支架高度、节点刚度、步距、支架截面刚度等之间明确的数学关系。
技术实现思路
本专利技术从能量守恒的观点出发，通过变分法，分析半刚性节点的压杆稳定计算方法，获得脚手架稳定计算公式，为相关规范修编提供参考。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案为：一种半刚性节点的压杆稳定计算方法：如图1所示，压杆下段铰支，上端受轴压力N，按照步距l分布n个节点，节点收到水平弹性约束和转角约束；K和S分别为弹簧刚度和转角刚度，设压杆变形后的曲线方程为：弹簧压缩势能U1：转角弹簧势能U2：杆件弯曲势能U3：外力势能Pe：杆件总势能Π：Π＝U1+U2+U3+Pe(6)将(1)代入(6)；对(7)求变分：展开后合并同类项其中代入边界：分离变分得到方程组：y″(n·l)＝0(12)0S·y′(0)-EI·y″(0)＝0(13)上面几个方程分别为欧拉-拉格朗日方程，自然边界条件，约束边界条件求解方程组得到半刚性节点的压杆稳定计算公式：从以上公式推导过程看出，若K＝0，S＝0，则结果为著名的欧拉公式。半刚性节点的压杆稳定理论应用：一般来说，满堂支架发生坍塌，规律为支架均往一侧倾斜坍塌，可近似认为满堂支架之间的横杆水平弹性约束K＝0，按照(16)式来考察计算压杆稳定荷载，(16)式的结构为_z满足方程：EItan(_z)_z2+tan(_z)Snl-_zSnl＝0(19)(19)式中待定系数_z的解为π+δ，δ为正数；参考JGJ300-2013规范中扣件式脚手架、碗扣式脚手架的弹模、惯性矩、节点抗弯刚度的参数，计算的待定系数_z范围为：3.385～4.240，为方便记忆，偏于安全，将(18)式近似为：与现有技术相比，本专利技术的优点在于：从能量准则出发，利用变分和泛函，推导了半刚性节点的压杆稳定性分析计算公式，结论简单明了，并预测了稳定荷载随压杆高度减小的趋势。同时公式的推导对于后续脚手架的设计改进需要重点关注的几个方面有指导意义，脚手架设计应该从以下几个方面来增强：1)、增加节点抗弯刚度；2)、增大脚手架断面和惯性矩；3)、减小步距。附图说明图1为压杆受力示意图；图2为层高0.6m时不同形式支架稳定荷载(单位：KN)；图3为层高1.2m(T60塔架层高1.0m)时不同形式支架稳定荷载(单位：KN)。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。以下为根据本申请半刚性节点压杆稳定理论获得的不同类型支架稳定荷载：如图2和3所示。除上述实施例外，本专利技术还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半刚性节点的压杆稳定计算方法：压杆下段铰支，上端受轴压力N，按照步距1分布n个节点，节点收到水平弹性约束和转角约束；K和S分别为弹簧刚度和转角刚度，设压杆变形后的曲线方程为：

【技术特征摘要】
1.一种半刚性节点的压杆稳定计算方法：压杆下段铰支，上端受轴压力N，按照步距1分布n个节点，节点收到水平弹性约束和转角约束；K和S分别为弹簧刚度和转角刚度，设压杆变形后的曲线方程为：弹簧压缩势能U1：转角弹簧势能U2：杆件弯曲势能U3：外力势能Pe：杆件总势能Π：Π＝U1+U2+U3+Pe(6)将(1)代入(6)；对(7)求变分：展开后合并同类项

【专利技术属性】
技术研发人员：陈方晔，蔡明征，旷新辉，程海潜，宗伟，许华章，谢东升，黄齐龙，尚宏艳，江豪，
申请(专利权)人：湖北省路桥集团有限公司，湖北交通职业技术学院，
类型：发明
国别省市：湖北,42