CN102999669A - 用于防止高大模板支架连续性倒塌的方法 - Google Patents
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Abstract
用于防止高大模板支架连续性倒塌的方法：1）高大模板支架建模；2）施加模拟荷载；3）对高大模板支架出现缺陷后的情况计算每种缺陷对应的失稳系数Ⅰ；4）增加辅助措施，重新计算失稳系数Ⅱ；5）比较失稳系数Ⅰ和失稳系数Ⅱ。本发明通过建模可以分析施工期模板支撑体系的受力特点，经过计算后，进行模板支架整体受力及抗连续倒塌分析，提出模板支架设计及施工改进技术措施。增加辅助措施后，重新计算在有缺陷情况下的失稳系数，通过与没有增加辅助措施时的失稳系数相比较，得知辅助措施是否有效，从而指导辅助措施增加，防止高大模板支架倒塌。
Description
技术领域
本发明涉及建筑力学领域，特别是一种防止高大模板回去连续性倒塌的方法。
背景技术
大量的统计资料表明，结构在施工过程中的安全性远小于使用期的安全性。以美国为例，大约57％的工程破坏事故出现在施工阶段；在俄罗斯，这个比例约为70％，我国则更为突出，叶耀先在对1958～1987年间国内285起较大的建筑结构倒塌事故进行的分析表明，施工期间发生的安全事故占83％，而根据近10年357起倒塌事故统计显示，有78％的事故发生在施工阶段，而造成大部分结构坍塌的原因在于模板支撑体系的倒塌。
通过对此类事故的分析研究，发现因施工期间模板支架连续性倒塌，最终导致事故发生的占有相当大的比例。所谓连续性倒塌是指，结构在正常使用条件下由于突发事件使结构发生局部破坏，这种破坏从结构初始破坏位置沿构件进行传递，最终导致整个建筑物倒塌或者造成与初始破坏部分成不成比例的倒塌。
连续性倒塌研究源于建筑结构。1968年5月16日，伦敦Ronan Point公寓楼18层一住户因夜间煤气泄漏引起爆炸，爆炸压力破坏了该单元两侧的外墙板和局部楼板，上一层的墙板在失去支承后也同时坠落，坠落的构件依次撞击下层造成连续破坏，使得该22层高楼的一个角区发生多米诺骨牌效应从上层一直坍到底层。自从公寓楼发生连续性倒塌之后，英国的设计规范就相应做了修改,欧洲的设计标准也随之做了调整。有关防止结构发生连续性倒塌的设计方法在很多国家的规范都有规定，英国、瑞典、荷兰等国家在Ronan Point公寓楼倒塌之后，开始把煤气爆炸产生的冲击作用量化，要求设计时必须针对这类偶然作用明确分析结构的抵抗力。有些国家的规范虽然没有用计算的方法来防止建筑物发生连续性倒塌，但也提倡通过增强结构的整体性及构件之间的拉结获得结构的连续性，从而防止结构因局部破坏而发生连续性倒塌。然而，我国还没有在抗连续性倒塌方面做出明确规定，只是在GB 50010《凝土结构设计规范》第3.1.6条中规定：结构应具有整体稳定性，结构的局部破坏不应导致大范围倒塌。规范只对该条款做了简单的说明，没有提出设计的具体方法和要求，缺乏可操作性。可见我国在连续性倒塌方面研究是不足的。
造成高大模板支撑体系连续性倒塌的原因很复杂，归根到底在于高大模板支撑体系的受力特性是非常复杂的，存在诸多不确定性因素。首先在模板支撑架作用时，现浇钢筋混凝土结构包含尚处于低龄期的混凝土构件，混凝土的力学性能并未发展成熟，随着混凝土龄期的增长，整个结构的抗力和内力均会发生改变，而且在大跨度、大楼面高度的模板支撑系统中，支撑架的刚度不是无穷大的；其次，模板支撑架与钢筋混凝土结构之间存在着空间上的对应关系，构成了模板支撑与主体结构之间共同作用的体系，而在施工结束前结构并未能形成完整的承载体系；再者，施工阶段荷载分布非常复杂，施工期内荷载对结构的荷载效应和结构使用期的荷载效应也有所不同；施工阶段各项人为操作失误也是导致模板支撑结构体系处于施工期事故频发的重要原因。这些客观条件的限制和施工过程中的人为因素，导致施工期内建筑结构失效概率高于正常使用阶段。
当前高大模板支架施工方案中对所加设的辅助构造措施是出于一种习惯性的安全考虑，并没有思考过所增设的构造措施是否对高大模板支架发挥应有的作用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种用于防止高大模板回去连续性倒塌的方法，它可以通过计算，对模板支架整体受力及抗连续性倒塌进行分析，并提出模板支架设计及施工的改进技术措施。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：
1）将定节点为半钢性，杆件无缺陷，根据施工方案进行高大模板支架建模；
2）在高大模板支架模型上施加模拟荷载；
3）对高大模板支架出现缺陷后的情况计算每种缺陷对应的失稳系数Ⅰ，缺陷包括有：荷载偏心、立杆初始弯曲和初偏心、结点施工质量；
4）在高大模板支架模型的基础上增加辅助措施，再重新计算高大模板支架出现步骤3）所述缺陷后的对应失稳系数Ⅱ；
5）比较失稳系数Ⅰ和失稳系数Ⅱ，若失稳系数Ⅱ大于失稳系数Ⅰ，则保留增加的辅助措施，若失稳系数Ⅱ小于或等于失稳系数Ⅰ，则去除辅助措施。
进一步，步骤1）中建模参数包括有：立杆横距、立杆纵距、支撑高度、横杆纵杆的步距、纵横扫地杆的距地高度、连墙件沿已经形成强度的柱逐步纵向分布、沿梁长方向沿支撑高度设置剪刀撑，与纵横杆在交结处以旋转扣件连接。
进一步，步骤2）中施加的模拟荷载参数包括有：梁下支承模板支架受载梁宽和施工状态中受载面的荷载大小。
进一步，所述辅助措施为增加斜杆。
进一步，步骤5）中增加了辅助措施后，重新建立高大模板支架模型，在没有缺陷的情况下分别计算未增加辅助措施时的失稳系数和增加了辅助措施时的失稳系数，若增加了辅助措施后的失稳系数小，则保留增加的辅助措施，若增加了辅助措施后的失稳系数不变或变大，则去除辅助措施。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明通过建模可以分析施工期模板支撑体系的受力特点，经过计算后，进行模板支架整体受力及抗连续倒塌分析，提出模板支架设计及施工改进技术措施。增加辅助措施后，重新计算在有缺陷情况下的失稳系数，通过与没有增加辅助措施时的失稳系数相比较，得知辅助措施是否有效，从而指导辅助措施增加，防止高大模板支架倒塌。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
以其中一根大跨度混凝土梁模板支撑为例，进行分析计算。按施工状态，梁下支承模板支架受载范围为梁宽500mm再加上梁两侧一定范围各400mm宽，施工状态中该面荷载大小为22.02kN/m2。
模板支架的基本数据包括有：
1、立杆横距0.5m，纵距1m，由于支撑高度为8m，立杆的竖向连接采用对接扣件联结；
2、横杆和纵杆步距为1.5m；
3、设纵横向扫地杆，距地面0.2m；
4、设连墙件，沿已经形成强度的柱逐步纵向分布；
5、沿梁长方向沿支撑高度设置剪刀撑，与纵横杆在交结处以旋转扣件连接；
利用软件ASP2000V14建立模型，计算失稳系数，第一阶段的失稳系数为4.36，第二阶段的失稳系数擅4.40，第三阶段的失稳系数为4.72。根据失稳模式可知体系由于两主轴平面刚度相差较大，可能的失稳模式在该模式内是平面外的失稳。此屈曲分析是在理想状态上得到，从当前工作状态的失稳系数上是安全的，但由体系结点施工质量离异性大，上部荷载偏心可能性大，应当较核其对偏心率和结点可靠性的适应性。
考虑上部荷载偏心的影响，偏心距取为100mm，计算失稳系数，第一阶段的失稳系数为4.29，第二阶段的失稳系数擅4.31，第三阶段的失稳系数为4.70。从分析结果看，荷载偏心不大的情况下，由于对各立杆仍是轴向力作用，因此对体系的失稳模式并未改变，对稳定承载能力的影响不大。
考虑立杆初弯曲和初偏心原始缺陷的影响，统一按立杆8m高度按50mm允许侧向偏差进行模型的调整建立。计算失稳系数，第一阶段的失稳系数为4.29，第二阶段的失稳系数擅4.31，第三阶段的失稳系数为4.72。从分析结构看，立杆初始偏心不大的情况下，对体系的失稳模式和稳定承载能力的影响不大。
现有模型中，结点刚度是按40N.m的施工质量来确定的，考虑到结构施工质量在现场施工的离异性，结点刚度会随着扭力的下降而快速减小，在将结点单元的扭转刚度取为原计算模型的50%，转动刚度取为原计算模型的20%，计算失稳系数，第一阶段的失稳系数为2.96，第二阶段的失稳系数擅2.97，第三阶段的失稳系数为3.18。分析结果表明，结点的施工质量对体系稳定系数有较大的影响，并且，从各阶失稳模式情形表明，一般都与立杆直接处设为铰结点的薄弱刚度相关，因此，对于本工程中，必须保证各结点的施工质量。
为了增加平面外的刚度，增设构造措施：
沿梁宽方向沿支撑高度设置斜撑，沿梁长与纵横杆在交结处以旋转扣件连接；由于此宽度上立杆只有三根，因此无法设置剪力撑，采用加斜杆的方式进行加强。设置斜撑的目的是为增加体系在弱轴的刚度，避免体系在该轴上的整体失稳。增加措施后重新计算考虑上部荷载偏心的影响和考虑立杆初弯曲和初偏心原始缺陷的影响时的失稳系数，考虑上部荷载偏心的影响结果为：第一阶段的失稳系数为0.97，第二阶段的失稳系数擅1.10，第三阶段的失稳系数为1.14；考虑立杆初弯曲和初偏心的影响结果为：第一阶段的失稳系数为0.66，第二阶段的失稳系数擅0.67，第三阶段的失稳系数为0.72。根据分析结果，失稳系数严重降低到绝对不安全的状态，体系将产生立杆的局部失稳。其原因在于斜撑的设置改变了体系的传力途径，尽管体系的整体侧向刚度得到增强，但在避免体系的整体失稳的同时，却造成了对某些结点的水平推力加大，从而使得立杆提前出现局部失稳，反而造成了体系整体稳定系数的大幅降低。因此，在本工程中，由于弱刚度平面内无法设置直接在体系内部增加刚度，为了避免其平面外的整体失稳产生，提高结构的整体安全性，应该考虑其外部侧向约束的设置。
由于梁下支撑与梁板下支撑受力不同，杆件布置特征也不相同，侧向约束无法在两支撑体系间直接建立，因此隔三根立杆间距设置。该立杆不能交结于梁板下支撑的中间步结点。增加了该辅助措施后计算模板支架失稳系数，第一阶段的失稳系数为5.05，第二阶段的失稳系数擅5.08，第三阶段的失稳系数为5.28； 体系的失稳系数有了一定的提高，并且体系的失稳模式已经整体倾覆式的失稳转变为直杆在直接扣件处薄弱的抗弯性能而出现的局部失稳。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1. 用于防止高大模板支架连续性倒塌的方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）将定节点为半钢性，杆件无缺陷，根据施工方案进行高大模板支架建模；
2）在高大模板支架模型上施加模拟荷载；
3）对高大模板支架出现缺陷后的情况计算每种缺陷对应的失稳系数Ⅰ，缺陷包括有：荷载偏心、立杆初始弯曲和初偏心、结点施工质量；
4）在高大模板支架模型的基础上增加辅助措施，再重新计算高大模板支架出现步骤3）所述缺陷后的对应失稳系数Ⅱ；
5）比较失稳系数Ⅰ和失稳系数Ⅱ，若失稳系数Ⅱ大于失稳系数Ⅰ，则保留增加的辅助措施，若失稳系数Ⅱ小于或等于失稳系数Ⅰ，则去除辅助措施。
2. 如权利要求1所述的用于防止高大模板支架连续性倒塌的方法，其特征在于，步骤1）中建模参数包括有：立杆横距、立杆纵距、支撑高度、横杆纵杆的步距、纵横扫地杆的距地高度、连墙件沿已经形成强度的柱逐步纵向分布、沿梁长方向沿支撑高度设置剪刀撑，与纵横杆在交结处以旋转扣件连接。
3. 如权利要求1所述的用于防止高大模板支架连续性倒塌的方法，其特征在于，步骤2）中施加的模拟荷载参数包括有：梁下支承模板支架受载梁宽和施工状态中受载面的荷载大小。
4. 如权利要求1所述的用于防止高大模板支架连续性倒塌的方法，其特征在于，所述辅助措施为增加斜杆。
5. 如权利要求1所述的用于防止高大模板支架连续性倒塌的方法，其特征在于：步骤5）中增加了辅助措施后，重新建立高大模板支架模型，在没有缺陷的情况下分别计算未增加辅助措施时的失稳系数和增加了辅助措施时的失稳系数，若增加了辅助措施后的失稳系数小，则保留增加的辅助措施，若增加了辅助措施后的失稳系数不变或变大，则去除辅助措施。
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