基于ANSYS的扣件式钢管模板高支撑架计算模型_修改稿)

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扣件式钢管脚手架整体稳定性的ANSYS分析
陈剑波
【期刊名称】《水利与建筑工程学报》
【年(卷),期】2011(009)006
【摘要】脚手架在搭设、使用与拆除过程中存在较多的作业危险因素，很容易发
生倒塌事故。

本文应用ANSYS软件对双排式扣件式钢管脚手架进行三维实体建模，并分析了连墙件、连续立杆和碗扣刚度等构造因素对扣件式钢管脚手架整体稳定承载力的影响，为进一步改善扣件式钢管脚手架的整体稳定性承载力，进而避免脚手架倒塌提供理论依据。

【总页数】4页(P105-108)
【作者】陈剑波
【作者单位】南京交通职业技术学院,江苏南京211188
【正文语种】中文
【中图分类】TU311.2
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基于ANSYS软件的支架强度有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对支架的应力和应变进行分析,计算出支架的最大应力和应变。

然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为支架的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。

二、问题分析如图1所示的支架由3mm钢板折弯而成。

该支架的h2一侧为固定支撑，顶部平面承受书本重物载荷，重物重量为500N。

材料的杨氏模量为2E11Pa，泊松比为0.3，密度7850kg/m3。

图1 支架a b h1 h2 w数据80 40 15 40 15三、有限元建模支架由钢板折弯而成，厚度尺寸相对长度和宽度尺寸来说很小，所以在ansys中采用面体单元进行模拟，在Workbench中的单元设置为shell181，材料即为结构钢材料，其弹性模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m^3图2 材料属性双击Geometry进入几何模型建立模块，首先设置单位为mm。

以XY平面为为基准建立如下草绘面。

图3 草绘面1再以此草绘面生成面体，通过概念建模的方式实现。

图4 生成面体对上面面体的长边进行拉伸，拉伸方向为垂直向外，拉伸15mm图5 拉伸成面体对相交区域进行倒角，倒角半径为3图6 最终几何模型双击model进行分析界面进行网格划分，首先定义面体厚度为1mm图7 面体厚度随后进行网格划分，设置网格尺寸为5mm，采用全四边形网格划分方法，同时在倒角位置采用Mapped Face sizing功能映射网格，保证网格过度平滑。

图8 有限元网格模型检查网格质量，Workbench中网格质量柱状分布图如下所示，最差的都大于0.6，网格质量平均值为0.84，可见网格质量很好，满足计算精度图9 网格质量检查添加载荷，如10所示支架h2一侧为固定支撑，采用Fix Support固定方式实现，顶部平面承受500N的均布力，采用Force实现，如下图所示图10 载荷加载四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.17mm，发生在左侧边角区域，刚好为载荷加载边缘处，也为结构刚度最为薄弱区域图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为213MPa，发生在右侧倒角区域，该处为约束边缘处，由于约束会引起较大的应力集中，所以在实际情况下应该加大此处的倒角过度，减缓应力集中现象。

高支撑架的计算参照《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ 130-2001）（以下称《规范》）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）等规范。

本模板及支架工程拟采用钢管立杆（立柱）和纵向水平杆（大横杆）、剪刀撑和斜撑组成的满堂式模板支架，钢管架面上采用木方楞作为横向水平杆（小横杆），支撑木质胶合板为浇倒混凝土的模板。

立杆、大横杆、小横杆是主要受力构件，见附图，采用 Q235A（3号）钢 Φ48×3.0 (mm)管材作为主要材料，截面特征见下列数据参数信息。

支架杆件连接采用直角扣件、旋转扣件和对接扣件三种。

立杆间距由计算确定，大横杆步距不宜超过1.5m。

支架必须搭设在经处理过的坚实地基上，在立柱底部安放槽钢或垫木做为垫板。

一、参数信息：1、 脚手架参数：横向间距或排距（m ）：0.40；0.80纵距： 1.00；步距： 1.50；立杆上端伸出至模板支撑点长度（m ）：0.10；脚手架搭设高度（m）：8.00；采用的钢管（mm ）：Φ48×3.0；钢管自重33.3N/m钢材弹性模量206N/mm 2钢材抗拉抗压和抗弯设计值205N/mm 2截面面积 A 424mm 2纵横向水平杆件受弯的容许挠度 L/400mm3mm 回转半径 i 15.95mm 惯性矩 I 107800mm 4抵抗矩 W4493mm 3板底支撑连接方式：方木支撑；扣件设计承载力 RC：8.00kN2、 荷载参数：模板与木板自重（kN/m 2）：0.350；混凝土与钢筋自重（kN/m3）:25.00；混凝土浇筑厚度（m ）：0.450；倾倒混凝土荷载标准值（kN/m2）: 2.000；施工均布荷载标准值（kN/m 2）： 2.000；3、 木方参数：木方弹性模量 E （N/mm 2）：9500；木方抗弯强度设计值（N/mm2）:13.00；木方抗剪强度设计值（N/mm 2）： 1.300；木方的间隔距离（mm）：200；木方的截面宽度 b(mm):80；木方的截面高度 h（mm)：100；木水平横梁受弯容许值 L/400mm 3mm二、小横杆（模板支撑方木）的计算：模板高支撑架计算（方案二） 小横杆（方木）的截面惯性矩 I 和截面抵抗矩 W 分别为：w=bh2/6=80×100×100/6=133333mm3I=bh3/12=80×100×100×100/12=6666667mm31、荷载的计算：　钢管立柱的纵向间距为方木的截面力学参数为 1.00m，横向间距为0.80m，因此小横杆的计算跨径l1=0.80m，在顺桥向单位长度内的荷载为：1）钢筋混凝土自重（kN/m）：g1=25.00× 1.000×0.450=11.25kN/m2）模板的自重线荷载（kN/m）：g2=0.350× 1.000=0.350kN/m3）活荷载为施工荷载标准值与振倒混凝土时在小横杆上产生的荷载（kN/m）：g3=( 2.000+ 2.000)× 1.000= 4.000 横桥向作用在小横杆上的均布荷兰载为：g=g1+g2+g3=11.250+0.350+ 4.000=15.600kN/m2、强度计算： 弯曲强度：σ＝gl2/10W=15600×800×800/(10×133333)=1E+10/1333333=7488[σ]＝9500σ＝7488<9500＝[σ]满足弯曲强度要求。

目录一、设计和施工概况 (1)1.1设计概述 (1)1.2计算荷载 (1)二、0#块箱梁支架的设计 (1)2.1箱梁模板的设计 (1)2.1.1底模板的计算 (1)2.1.2底模横向分配梁的计算 (2)2.1.3底模纵向分配梁的计算 (3)2.1.4侧模的计算 (4)2.2扣件式钢管支架的设计 (6)2.2.1立杆的计算 (6)2.2.2平杆的计算 (8)2.2.3扣件的计算 (8)2.3 0#块箱梁扣件式钢管支架总体布置 (8)三、边跨现浇支架的设计 (8)3.1箱梁模板的设计 (8)3.1.1底模的计算 (8)3.1.2底模横向分配梁的计算 (10)3.1.3底模纵向分配梁的计算 (11)3.1.4侧模的计算 (11)3.2扣件式钢管支架的设计 (11)3.2.1立杆的计算 (11)3.2.2平杆的计算 (13)3.2.3扣件的计算 (13)3.2.4地基承载力的计算 (13)3.3扣件式钢管支架的总体布置 (14)XX大桥大临结构设计计算说明书一、设计和施工概况1.1设计概述x箱梁总体布置示意图1.2计算荷载⑴0#块箱梁砼施工考虑1.05的超载系数；⑵模板重量按：1.0kN/m2（木模）、2.0kN/m2（钢模）；⑶其他施工荷载取：2.5kN/m2；⑷倾倒混凝土及振捣混凝土：4.0kN/m2；⑸混凝土浇注时动力系数：1.2；⑹考虑风荷载对结构的影响：V=27.4m/s(10年一遇)。

二、0#块箱梁支架的设计2.1箱梁模板的设计2.1.1底模板的计算⑴箱梁腹板处底模板的计算本次计算取箱梁腹板荷载为计算控制荷载，上分配梁间距腹板下加密为0.2m，其它为0.4m，将方木作为模板的支座，按均布荷载作用下的三跨连续梁来计算模板，取变截面箱梁的平均截面作为计算控制荷载。

底模的荷载分布如下图所示。

底模板荷载分布计算荷载：11.2(5.6736 1.05267.50.9)193.97/q kN m=⨯⨯⨯+⨯=计算简图如下：计算荷载分布图底模20mm厚竹胶板的截面特征值为：243342 x xA=180cm,I=60cm,W=60cm,45cm, 1.010/xS E N mm==⨯截面验算：①抗弯强度验算：10.10193.970.120.120.28M kN m=⨯⨯⨯=⋅630.284.67136010M kN mMPa MPaW mσ-⋅===<⨯②剪切强度验算：max0.60193.970.1213.97V kN=⨯⨯=，368313.971045101.16 1.9601090010mmVSMPa MPaI bτ---⨯⨯⨯===<⨯⨯⨯③挠度验算：44348193.97100.120.6770.051001001106010ql K mm EI ωω-⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯⨯根据《公路桥涵施工技术规范》第9.2.4条规定：模板的允许最大变形为/400l 。

扣件式钢管模板高支撑架的设计计算探讨摘要:本文对东方海港国际大厦在建造过程中采用扣件式钢管模板高支撑架进行了介绍,分析了高支撑架的设计要求,从梁高排架和板高支撑排架两个方面进行了计算探讨,为工程的设计及建设过程提供了依据。

关键词:东方海港国际大厦扣件式钢管模板高支撑架设计计算1、工程概况东方海港国际大厦工程,建筑高度为125.6m,标准层层高为4.3m。

地上26层,地下2层,总建筑面积40432平方米。

结构类型为框架-核心筒结构,根据建筑主楼一至三层结构局部缺失的情况,在建设过程中设计采用扣件式钢管模板高支撑架系统。

从而地上四层平面的模板支撑系统须从首层结构面（-0.12m）搭至板底,搭设高度13.72m,该部位的板厚120mm,搭设面积540m2,主梁截面550×800、500×800、550×650,次梁截面350×450。

2、高支撑架的设计要求(2)水平杆:步距1.5m,其长度不小于3跨,第一道水平杆离首层结构面不大于200mm。

立杆之间必须按每步距满设纵横双向水平杆,确保两上方向足够的设计刚度;水平杆全长平整度不能超过100mm;水平杆宜采用对接扣件连接,也可采用搭接。

对接扣件连接规定:水平杆的对接扣件交错布置,两根相邻纵向水平杆接头不宜设置在同步或同跨内,不同步或不同跨两个相邻接头在水平方向错开的距离不应小于500mm;各接头中心至最近主节点的距离不大于纵距的1/3。

搭接扣件连接规定:搭接长度不应小于1m,应等间距设置3个旋转扣件固定。

纵向水平杆与横向水平杆,均必须用直角扣件固定在立杆上,同一步中水平杆应四周交圈。

(3)扣件:1)对接扣件开口应朝上或朝内;2)各杆件端头伸出扣件盖板边缘不应小于100mm;3)确保每个扣件和钢管的质量是满足有关规定要求的。

(4)剪刀撑:纵横竖向剪刀撑宽度5跨,每隔间距4米一道,由底到顶连续布置,斜杆与地面的倾角为450～600之间;纵横水平剪刀撑由底到顶布置每二步一道,宽度5跨,夹角为450～600之间。

目录一、编制依据1二、工程概况1〔一〕工程简介1〔二〕结构概况5〔三〕本工程超高大模板支撑体系特点：8三、高支模体系设计总思路8〔一〕水平杆设置8〔二〕剪刀撑设置8〔三〕立杆支撑设置8〔四〕连墙件设置9〔五〕顶托、支座设置9〔六〕立杆下楼面顶撑9四、模板支撑体系施工总部署9〔一〕施工准备9〔二〕施工流程说明13〔三〕模板支撑体系设计14五、高支模施工方法18(一)模板组拼精度要求18(二)模板定位18(三)模板的支设规X要求18〔四〕满堂架搭设19〔五〕剪刀撑的设置20〔六〕核验标高20〔七〕柱模安装20〔八〕梁模安装20〔九〕板模安装20〔十〕边梁模板加固21〔十一〕高支模与非高支模局部整体性处理21〔十二〕上下强度砼交接处理21〔十三〕穿梁、板孔、洞口模板21〔十四〕高支模施工须知事项22六、高支模拆除的工艺要求22〔一〕高支模拆除工艺要求22〔二〕高支模拆除安全要求23七、施工组织管理与验收24〔一〕高支模支撑系统施工管理24〔二〕高支模支撑系统验收管理24〔三〕高支模支撑系统质量验收24〔三〕高支模支撑系统整体稳定性和安全可靠性验收25八、安全、环境保障措施27〔一〕安全教育措施28〔二〕安全防护措施28〔三〕泵送砼安全措施28〔四〕施工安全技术措施28〔五〕环境保护措施29〔六〕安全检查29九、危险源分析与预防措施29〔一〕危险源预防措施29〔1〕坍塌事故的安全技术预防措施29〔2〕高空坠落事故安全预防技术措施30〔3〕施工现场安全用电与触电事故预防措施30〔4〕机械伤害安全预防措施31〔5〕物体打击安全预防措施31〔6〕火灾安全预防措施31〔7〕雨季施工措施31〔8〕高温施工技术措施33〔9〕防台风措施35〔二〕危险源应急措施36〔1〕模板坍塌36〔2〕高处坠落37〔3〕触电37〔4〕机械伤害37〔5〕物体打击38〔6〕火灾38十、高支模支架监测措施38〔一〕高支撑模板支架重点监测措施38〔二〕高支撑模板支架搭设时监测措施40〔三〕高支撑模板支架使用时监测措施40〔四〕高支撑模板支架拆除时监测措施41十一、高支撑模板支架应执行的强制性条文42十二、成品保护43十三、高支模安全应急预案43(一)机构设置43(二)人员职责与分工44(三)应急救援工作程序44(四)救援方法45十四、模板体系设计计算书46〔一〕超高支模板支撑架计算书46〔1〕板模板扣件钢管高支撑架计算书46〔2〕250MM X700MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书53〔3〕600MM X700MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书62〔4〕300MM X800MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书72〔5〕300MM X1000MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书83〔6〕600MM X1200MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书93〔7〕300MM X1500MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书103〔8〕400MM X1800MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书113〔二〕集中线荷载高支模撑架计算书124〔1〕KL28(1)790MM X1500MM梁模板扣件钢管高支撑架计算书124十五、梁和楼板模板高支撑架的构造和施工要求134十六、超高支模支撑系统附图135〔一〕超高支模系统平面布置与检测点布置图135〔二〕超高支模系统支撑架与剪刀撑布置图135〔三〕超高支模系统剖面图、连墙件详图135word一、编制依据相关国家规X、地方标准等技术文件：《建筑施工安全检查标准》JGJ 59-99；《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规X》 JGJ 130-2011；《混凝土结构工程施工与验收规X》GB50204-2002(2011修改版)；《建筑工程施工质量验收统一标准》 GB 50300-2001；《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010；《建筑施工模板安全技术规X》JGJ162-2008；《建筑施工高处作业安全技术规X》〔JGJ80-91〕；《木结构设计规X》〔GBJ50005-2003〕(2005年版)；《施工现场临时用电安全技术规X》〔JGJ46-2005〕；《建筑机械使用安全技术规程》〔JGJ33-2001〕；《建筑结构荷载规X》〔GB50009-2001〕(2006年版)；《钢管脚手架扣件》〔GB15831-2006〕；《建设工程安全生产管理条例》；住建部《危险性较大的分局部项工程安全管理方法》建质[2009]87号文；住建部《建设工程高大模板支撑系统施工安全监视管理导如此》建质[2009]254号文；省厅《危险性较大的分局部项工程安全管理方法》的实施细如此的通知粤建质[2011]13号文；X X X 项目施工图纸和本工程施工组织设计等；企业ISO9001:2008质量体系管理文件和环境/职业健康安全管理体系文件；《品茗施工安全设施计算软件》2010版〔V8.0.38.967〕。

高大支模板模板(扣件式钢管架)计算书模板设计平面图模板设计纵向剖面图模板设计横向剖面图W=bh2/6=1000×152/6=37500mm3，I=bh3/12=1000×153/12=281250mm4q=γGΣq Gk+1.4Σq Qk=1.2×[0.3+(24+1.1)×0.1]×1.0+1.4×(1+2)×1.0=7.572kN/m1、抗弯验算M max=0.1ql2=0.1×7.572×0.452=0.153kN·mσmax=M max/W=0.153×106/37500=4.089N/mm2≤f m=15N/mm2符合要求！2、抗剪验算Q max=0.6ql=0.6×7.572×0.45=2.044kNτmax=3Q max/(2bh)=3×2.044×103/(2×1000×15)=0.204N/mm2≤f v=1.4N/mm2符合要求！3、挠度验算νmax=0.677ql4/(100EI)=0.677×7.572×4504/(100×6000×281250)=1.246mm νmax=1.246mm≤[ν]=min[l/150，10]=min[450/150，10]=3mm符合要求！五、次楞验算计算简图如下：q=γGΣq Gk+1.4Σq Qk=1.2×[(0.3+(24+1.1)×0.1)×0.45+0.01]+1.4×(1+2)×0.45=3.419kN/m1、强度验算M max=0.1ql2=0.1×3.419×0.92=0.277kN·mσmax=M max/W=0.277×106/24000=11.54N/mm2≤f m=13N/mm2符合要求！2、抗剪验算Q max=0.6ql=0.6×3.419×0.9=1.846kNτmax=3Q max/(2bh0)=3×1.846×1000/(2×40×60)=1.154N/mm2τmax=1.154N/mm2≤f v=1.3N/mm2符合要求！3、挠度验算νmax=0.677ql4/(100EI)=0.677×3.419×9004/(100×9000×720000)=2.344mmνmax=2.344mm≤[ν]=min[l/150，10]=min[900/150，10]=6mm符合要求！4、支座反力计算R max=1.1ql=1.1×3.419×0.9=3.385kN六、主楞(横向水平钢管)验算主楞弯矩图(kN·m)主楞剪力图(kN)主楞变形图(mm)支座反力依次为R1=4.584kN,R2=7.317kN,R3=7.317kN,R4=4.584kN 1、强度验算σmax=M max/W=0.536×106/4490=119.284N/mm2≤f m=205N/mm2符合要求！2、抗剪验算τmax=2Q max/A=2×2.222×1000/424=10.481N/mm2τmax=10.481N/mm2≤f v=125N/mm2符合要求！3、挠度验算νmax=1.293mm≤[ν]=min[l/150，10]=min[900/150，10]=6mm符合要求！max12341.05×R max=1.05×7.317=7.683kN，7.683kN≤0.75×12.0=9kN在扭矩达到40～65N·m的情况下，双扣件能满足要求！h/l a=1800/900=2，h/l b=1800/900=2，查附录D，得k=1.163，μ=1.272 l0=max[kμh，h+2a]=max[1.163×1.272×1800，1800+2×100]=2663mm λ=l0/i=2663/15.9=168≤[λ]=210长细比符合要求！查《规程》附录C得υ=0.2512、风荷载验算1) 模板支架风荷载标准值计算l a=0.9m，h=1.8m，查《规程》表4.2.7得υw=0.123因风荷载沿模板支架横向作用，所以b=l a=0.9m，b/h=0.9/1.8=0.5通过插入法求η，得η=0.97μzω0d2=0.62×0.4×0.0482=0.001，h/d=1.8/0.048=37.5通过插入法求μs1，得μs1=1.2因此μstw=υwμs1(1-ηn)/( 1-η)=0.123×1.2×(1-0.9710)/(1-0.97)=1.292μs=υwμstw=0.123×1.292=0.159ωk=0.7μzμsω0=0.7×0.62×0.159×0.4=0.028kN/m22) 整体侧向力标准值计算ωk=0.7μzμsω0=0.7×0.62×1×0.4=0.174kN/m23、稳定性验算K H=1/[1+0.005×(8.4-4)]=0.978不组合风荷载时N ut＝γG∑N Gk+1.4∑N Qk=R max+0.15γG H=7.317+0.15×1.2×8.4=8.829kNσ=1.05N ut/(υAK H)=1.05×8.829×103/(0.251×424×0.978)=89.03N/mm2≤[f]=205N/mm2符合要求！组合风荷载时N ut＝γG∑N Gk+0.85×1.4∑N Qk=R'max+0.15γG H=6.715+0.15×1.2×8.4=8.227kNM w=0.85×1.4ωk l a h2/10=0.85×1.4×0.028×0.9×1.82/10=0.01kN·mσ=1.05N ut/(υAK H)+M w/W=1.05×8.227×103/(0.251×424×0.978)+0.01×106/(4.49×103)=85.093N/mm2≤[f]=205N/mm 2符合要求！F k a aN1=3FH/[(m+1)L b]=3×0.048×8.4/[(4+1)×30.25]=0.008kNσ=(1.05N ut+N1)/(υAK H)=(1.05×8.227+0.008)×103/(0.251×424×0.978)=83.037N/mm2≤[f]=205N/mm2符合要求！八、立杆地基基础验算f ak符合要求！层高、楼面设计荷载、楼板板厚均按相同计。

基于ANSYS的扣件式钢管模板高支撑架计算模型陈海浪，王欢，张增峰，宋洁人（浙江大学建筑工程学院，浙江杭州，310058）The Calculation Model of Fasten-Style SteelPipe High-Scaffolding Based on ANSYSChen Hailang, Wang Huan, Zhang Zengfeng, Song Jieren (College of Civil Engineering and Architecture, Zhejiang University,Hangzhou 310058)摘要：本文依据ANSYS有限元计算方法对扣件式钢管模板高支撑架模型进行了模拟计算和分析，考虑了各种施工因素对模板高支撑架的不利影响，得出了一些在搭设和使用模板高支撑架时应给予重视的分析结论。

关键词：ANSYS，扣件式钢管架，模板高支撑架，半刚性节点，诱发荷载，计算模型Abstract: This article simulates and analyses the model of fasten-style steel pipe high-scaffolding according to the calculation theory of ANSYS finite element, and different construction parameters are taken into account which would cause disadvantages to fasten-style steel pipe high-scaffolding. Finally the analytical result is brought forward which should be concerned during the construction and use of fasten-style steel pipe high-scaffolding.Keywords: ANSYS，fasten-style steel pipe frame，high-formwork support，semi-rigidity node，induced load，calculation model1 引言近些年来，随着我国城市建设的快速发展，在公共建筑中常遇到结构跨度和层高都比较大的梁板结构，如超高门厅、共享空间、多功能厅等顶部现浇混凝土楼盖的工程，在施工时就要用到模板高支撑支架。

ANSYS模拟钢管混凝土支架问题的实现1 钢管混凝土简介钢管混凝土是钢管内填充混凝土的构件，不但施工方便，而且也克服了材料自身的缺陷。

钢管混凝土结构相比钢结构节约了大量的钢材，而相比钢筋混凝土结构则节约了大量的混凝土，并且经济合理，具有一定的耐火特性。

钢管混凝土自身所具有的优势吸引了大批学者对其进行研究，并取得了良好的成果，在工程中得到了广泛的应用。

2 ANSYS软件应用简介ANSYS是美国ANSYS公司研制的有限元分析软件，其应用范围很广，能够和多种计算机软件接口，如为大家所知的cad软件，同时也是功能最为强大的软件之一，在历年的FEA评比中都名列第一，我国也有广泛的应用基础。

其在土木工程、电磁、能源、轻工、地矿等都有这广泛的应用，在我国某些理工院校中，也被钦定为专门的教学软件。

3 ANSYS模拟钢管混凝土支架问题的实现文章所说的钢管混凝土支架是专门用于煤矿巷道支护的新型钢管混凝土支架，在煤矿巷道支护过程中，由于地应力存在于围岩的四周，因此，要求钢管混凝土支架要四面封闭，形成一个稳定的受力结构，只有如此，才能够有效控制围岩变形，针对圆形的钢管混凝土支架的ANSYS模拟，必然会导致一系列的问题，现将问题简单叙述如下：3.1 模型简化钢管混凝土支架的原型是呈圆形，专门控制呈圆形的巷道的变形，对于圆形巷道的变形问题，如果采用ANSYS模拟，则势必会导致无法加载的情况，或者说四周加载无法计算的问题，因此，在对支架进行模拟时，一定要对模型进行适当的处理，既要保证模型能够正常计算，又要保证模型能够真正的反应出支架的实际受力情况。

文章在模拟钢管混凝土支架的受力情况时，采用将原来本来是圆形的钢管混凝土支架计算模型进行简化，简化为半圆形，这样就可以将钢管混凝土支架的有限元计算量降低一半，同时，通过巷道顶部和侧部压力的分别施加，更加逼真的模拟了煤矿巷道的支护情况。

3.2 计算准则的确定钢管混凝土的本构关系可以分为线性、性弹性、非线性、弹塑性等力学模型，其中研究最多的是非线性和弹塑性，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各不一样，适用范围和计算精度也不同，这就给模拟带来很大困难。

钢支架结构的ANSYS分析1.问题描述现要做两个简易的隔板置物架，主体尺寸如图1所示，宽为50mm。

材料为45钢，弹性模量去210GPa。

支架左边由膨胀丝固定在墙上，假设固定牢固。

隔板放在两个物架的顶面上，要求最大能承受125kg的重物。

图1 物架主视图2. ansys模型的建立三维模型在solidworks中间建立，然后导入ANSYS中。

设置单元类型为solid brick 8node 185。

使用钢材的弹性模量为210GPa，泊松比为0.3，设置材料的属性。

3.进行网格划分与静态分析根据支架的尺寸，我们设置网格单元大小为0.005，然后进行网格划分。

我们假设膨胀丝足够牢固，能把支架牢牢地固定在墙面上，所以我们对支架靠近墙面的面加上各个方向的约束。

由于隔板由两个支架支撑，压力作用在两个50mmX175mm顶面内，一个顶面受到的压力为625N，以此施加载荷。

进行求解，然后我们查看结果。

首先，查看位移图2，我们可以看出最大的位移在支架的末端，为0.219e-0.4，可见位移很小，在生活中我们基本忽略不计。

图2 物架变形图然后，查看V on mises stress图3，我们可以看出应力基本上集中在弯曲处，我们查看标准，GB/T699-1999标准规定，取抗拉强度为600MPa，屈服强度为图3 物架应力图355MPa，伸长率为16％，断面收缩率为40％，冲击功为39J。

我们从图中看出最大内应力为1.16GPa。

4.结构的优化在静态分析中，我们看出支架的内应力大的地方一般集中转角处，我们可以添加两个支撑板进行改善。

本文尝试了在两种位置添加支撑板，对它们进行了同样的分析。

查看V on mises stress图，对于第一种方案，可以看出其位移最大为0.992e-06mm，可以看出内应力最大值为161MP，最大内应力在顶面。

对于第二种方案，可以看出其位移最大为0.406e-06mm。

可以看出内应力最大值为166MP，最大内应力在弯曲处。

楼面模板支撑计算书工程名称：1编制单位：1.计算参数层高5.00m，结构表面考虑隐蔽；模板材料为：木板底模厚度18mm；板材弹性模量E=6000N/mm2,枋材弹性模量E=9000N/mm2,抗弯强度f m=13.00N/mm2,顺纹抗剪强度f v=1.40N/mm2 ；支撑采用Φ48×3.0mm钢管：横向间距1000mm,纵向间距1000mm,支撑立杆的步距h=1.20m；立杆伸出顶层水平杆中心线至支撑点的长度a=150mm；钢管直径48mm,壁厚3.0mm,截面积 4.24cm2,回转半径i=1.59cm；钢材弹性模量E=206000N/mm2，抗弯强度f=205.00N/mm2,抗剪强度f v=120.00N/mm2。

2.楼板底模验算（1）底模及支架荷载计算荷载类型标准值单位计算宽度(m) 板厚(m) 系数设计值①底模自重 1.00 kN/m2× 1.0 × 1.2 = 1.20 kN/m②砼自重 1.00 kN/m3× 1.0 × 0 × 1.2 = 0 kN/m③钢筋荷载 1.00 kN/m3× 1.0 × 0 × 1.2 = 0 kN/m④施工人员及施工设备荷载 10.00 kN/m2× 1.0 × 1.4 = 14.00 kN/m底模和支架承载力计算组合①＋②＋③＋④ q1 = 15.20 kN/m底模和龙骨挠度验算计算组合①＋②＋③ q2 = 1.20 kN/m（2）楼板底模板验算第一层龙骨(次楞)间距L=500mm，计算跨数5跨。

底模厚度18mm,板模宽度=1000mmW=bh2 /6=1000×182/6=54000mm3，I=bh3/12=1000×183/12=486000mm4。

1）内力及挠度计算a.①＋②＋③＋④荷载支座弯矩系数K M=-0.107，M1=K M q1L2 =-0.107×15.20×5002=-406600N·mm剪力系数K V=0.606 ，V1=K V q1L=0.606×15.20×500=4606Nb.①＋②＋③荷载支座弯矩系数K M=-0.107，M2=K M q2L2=-0.107×1.20×5002=-32100N·mm跨中弯矩系数K M=0.077，M3=K M q2L2=0.077×1.20×5002=23100N·mm剪力系数K V=0.606，V2=K V q2L=0.606×1.20×500=364N挠度系数Kυ=0.644,υ2=Kυq,2L4/(100EI)=0.644×(1.20/1.2)×5004/(100×6000×486000)=0.14mmc.施工人员及施工设备荷载按10.00kN（按作用在边跨跨中计算）计算荷载P=1.4×10.00=14.00kN ,计算简图如下图所示。

基于ANSYS的支架稳定性分析摘要：随着大跨度桥梁在我国西南大山大河地区的高速发展，超高的桥梁支架在工程建设中的应用也日益广泛，这种细长结构的稳定性问题与强度问题同样重要，有时甚至起控制作用，因此对此类支架进行稳定性分析是十分必要的。

本文利用有限元分析软件ANSYS 建立了扣件式钢管支架的计算模型，通过对比不同支撑搭设方式下支架的极限承载力，对扣件式支架结构体系中支撑的作用进行了分析。

主要内容有：1．在ANSYS 有限元软件中建立分析支架结构的合理模型，并验证模型的正确性。

2．利用所建立的有限元模型，分析此类支架结构体系的失稳形式和其中支撑的作用。

关键词：扣件支架，稳定性，有限元分析，力学模型目录第1章绪论1.1 研究目的和意义1.2 国内外研究现状及分析第2章ANSYS中的屈曲分析2.1 屈曲分析的概念2.2 特征值屈曲分析2.3 非线性屈曲分析第3章支架结构体系在 ANSYS 软件中的实现 3.1 ANSYS中的单元模型3.2 材料的本构关系第4章扣件式钢管支架体系中支撑作用分析第5章结论和建议参考文献第1章绪论1.1研究目的和意义一般地，可以把建筑物的生命周期分为三个阶段施工建造阶段、正常使用阶段和维修加固阶段。

研究人员及设计工程师把大量的努力用在如何保障建筑物在正常使用阶段安全可靠的工作上。

虽然施工建造阶段存在大量的未知不定性,但在该方面的研究工作却相对较少。

对于一般性建筑物来说,建造时间一般为一到两年,其使用寿命大致为五十年左右,然而,据统计。

事故绝大多数发生在建筑施工阶段,其中桥梁支架、模板架这些临时辅助施工设施的坍塌是事故发生的主要原因。

可见,对施工过程中桥梁支架体系的研究是一项必要、迫切和重要的工作。

钢管支架大致可分为固定式组合支架、移动式支架和吊支架三大类, 其中固定式组合支架又包括钢管支架和框式支架两大类。

本文主要介绍的扣件式钢管支架由钢管和扣件组成、具有加工简便、搬运方便、通用性强等特点,已成为当前我国使用量最大、应用最普遍的一种支架,占支架使用总量的左右,在今后较长时间内,这种支架仍占主导地位。

扣件钢管楼板模板支架计算书计算依据《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ162-2008)。

计算参数:钢管强度为205.0 N/mm2，钢管强度折减系数取0.90。

模板支架搭设高度为14.1m，立杆的纵距 b=1.05m，立杆的横距 l=1.05m，立杆的步距 h=1.80m。

面板厚度18mm，剪切强度1.4N/mm2，抗弯强度15.0N/mm2，弹性模量6000.0N/mm2。

木方50×90mm，间距200mm，木方剪切强度1.6N/mm2，抗弯强度13.0N/mm2，弹性模量9000.0N/mm2。

梁顶托采用方钢管40×60×3mm。

模板自重0.25kN/m2，混凝土钢筋自重25.10kN/m3，施工活荷载2.50kN/m2。

扣件计算折减系数取0.90。

图1 楼板支撑架立面简图图2 楼板支撑架荷载计算单元按照模板规范4.3.1条规定确定荷载组合分项系数如下：由可变荷载效应控制的组合S=1.2×(25.10×0.12+0.25)+1.40×2.50=7.414kN/m2由永久荷载效应控制的组合S=1.35×25.10×0.12+0.7×1.40×2.50=6.516kN/m2由于可变荷载效应控制的组合S最大，永久荷载分项系数取1.2，可变荷载分项系数取1.40采用的钢管类型为φ48×2.8。

一、模板面板计算面板为受弯结构,需要验算其抗弯强度和刚度。

模板面板的按照三跨连续梁计算。

考虑0.9的结构重要系数，静荷载标准值q1 = 0.9×(25.100×0.120×1.050+0.250×1.050)=3.083kN/m考虑0.9的结构重要系数，活荷载标准值q2 = 0.9×(0.000+2.500)×1.050=2.362kN/m面板的截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:本算例中，截面惯性矩I和截面抵抗矩W分别为:W = 105.00×1.80×1.80/6 = 56.70cm3；I = 105.00×1.80×1.80×1.80/12 = 51.03cm4；(1)抗弯强度计算f = M / W < [f]其中 f ——面板的抗弯强度计算值(N/mm2)；M ——面板的最大弯距(N.mm)；W ——面板的净截面抵抗矩；[f] ——面板的抗弯强度设计值，取15.00N/mm2；M = 0.100ql2其中 q ——荷载设计值(kN/m)；经计算得到M = 0.100×(1.20×3.083+1.40×2.362)×0.200×0.200=0.028kN.m 经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.028×1000×1000/56700=0.494N/mm2面板的抗弯强度验算 f < [f],满足要求!(2)抗剪计算T = 3Q/2bh < [T]其中最大剪力Q=0.600×(1.20×3.083+1.4×2.362)×0.200=0.841kN 截面抗剪强度计算值T=3×841.0/(2×1050.000×18.000)=0.067N/mm2截面抗剪强度设计值 [T]=1.40N/mm2面板抗剪强度验算 T < [T]，满足要求!(3)挠度计算v = 0.677ql4 / 100EI < [v] = l / 250面板最大挠度计算值v = 0.677×3.083×2004/(100×6000×510300)=0.011mm面板的最大挠度小于200.0/250,满足要求!(4) 2.5kN集中荷载作用下抗弯强度计算经过计算得到面板跨中最大弯矩计算公式为 M = 0.2Pl+0.08ql2面板的计算宽度为1200.000mm集中荷载 P = 2.5kN考虑0.9的结构重要系数，静荷载标准值q = 0.9×(25.100×0.120×1.200+0.250×1.200)=3.523kN/m面板的计算跨度 l = 200.000mm经计算得到M = 0.200×0.9×1.40×2.5×0.200+0.080×1.20×3.523×0.200×0.200=0.140kN.m经计算得到面板抗弯强度计算值 f = 0.140×1000×1000/56700=2.461N/mm2面板的抗弯强度验算 f < [f],满足要求!二、模板支撑木方的计算木方按照均布荷载计算。