第 1 章 绪论
1.1 研究背景及事故分析
1.1.1 研究背景
步入新世纪以来，世界各地在社会经济，科学技术等方面都有着跨越式发展，促进了建筑领域的快速发展。现在的建筑设计大胆奇异，造型丰富多变。构思精巧绝伦的美术馆、博物馆、音乐厅、学校、科技中心、学术机构、商业综合体、酒店、机场、宾馆、写字楼、体育场等建筑物拔地而起，这些建筑大多结构形式比较复杂，施工空间大，这直接导致施工难度提高。因此，找到一种既有足够稳定承载力并能够灵活搭设的模板支撑架显得尤为重要。
模板支撑架是一种模板支撑体系，在建筑领域中主要用来做现浇混凝土施工的支撑结构。目前，普遍采用木制或钢材拼装成模板托架，利用钢材或木杆搭建成支撑架构成托架支撑，并配合模板进行混凝土结构施工。随着建筑工程规模的不断扩大，各种类型的模板支撑架应运而生，新型支撑架的崛起不断冲击着原有的支撑架地位，逐步提高其在建筑市场上的份额。
轮扣式模板支撑架是我国上世纪 90 年代自行研发的新型钢管支撑架，经过多年发展，已形成功能更完善的轮扣式钢管支撑架。新型轮扣式模板支撑架是由河北省第四建筑工程有限公司和河北科技大学共同研发的一种新型轮扣式模板支撑架，是在传统轮扣式模板支撑架的基础上对其节点进行了改进[1]。目前，对于这种节点的力学性能、工程应用研究都很少，因此，本文对这种新型轮扣式模板支撑架进行深入研究具有非常重要的意义。
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1.2 模板支撑架
模板支撑架是一种临时的支撑系统，是必不可少的施工设施之一。一般架设在正建造中的建筑物中，主要是为了方便施工作业人员施工，以及堆放建筑材料和混凝土浇筑过程中支撑模板。
1.2.1 模板支撑架的发展
模板工程技术的进步是促进模板支撑架发展的重要原因。早期模板支撑架一般是木支撑架，上世纪 30 年代，瑞士发明了可调钢支柱，利用丝扣大螺母及螺管装置调节钢支柱的高度，在当时，这种支柱不仅结构简单而且安装迅速灵活，在各国建筑工程中被大量使用，50 年代，美国首先研制了新类型的支撑架——门式支撑架，这种支撑架由于搭装和拆卸简单，具有较高的稳定承载力，安全系数高，所以这种支撑架在工程中得到广泛应用。到了 60 年代，承插式钢管支撑架得到大量开发和应用，承插式钢管支撑架采用插头、插座铸钢焊接作为连接件，立杆是在一定长度的钢管上每隔一定距离焊接上一个插座，横杆是在钢管两端焊接插头而成，立杆为竖向受力杆件，通过横杆拉结组成支撑架，该支架的联结点，能够承受弯矩、冲剪及扭矩，使之形成整体稳定性能良好的空间支架结构[2]。
目前，我国使用最多的支撑架类型有扣件式钢管支撑架、碗扣式钢管支撑架、门式钢管支撑架、盘扣式钢管支撑架、承插型插槽式钢管支撑架、台模等。下面对各种类支撑架进行简单的介绍：
1.2.2 扣件式模板支撑架
扣件式模板支撑架是由钢管与扣件组成，钢管是 Q235 钢制成的，扣件采用可锻铸铁或铸钢制作，如图 1-5 所示。其中立杆与水平杆用直角扣件连接，斜杆设置时每步与水平杆或者立杆用旋转扣件连接，当地面不平时，可以使用底座来调节立杆的高度。这种模板支撑架具有通用性好，造价较低等优点，但是也存在着明显的不足，第一，节点螺栓的拧紧程度受人为影响大，在未拧紧的情况下导致节点的转动刚度明显降低，抗滑移能力弱。第二，工人在拆除架体时，扣件多不容易拆除与收集，降低拆架子的速度，并且扣件容易丢失，导致经济损失。第三，立杆与水平杆节点处的杆件为偏心连接，受力性能不好，导致模板支撑架的抗侧刚度及承载力相对较低，如果加强措施不到位，很容易发生整体失稳现象[3]。
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第 2 章 新型轮扣式模板支撑架体承载力研究
2.1 有限元模型的建立
2.1.1 引言
根据 9 个现场足尺试验结果及分析情况，利用有限元软件对 9 个原型试验进行模拟，各个试验模型搭设参数见表 2-1 所示：
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2.2 有限元模拟与试验对比
2.2.1 支撑架体破坏形态的对比
通过有限元软件 ABAQUS 对 9 个原型试验进行了模拟分析，得出了失稳时的破坏形态，如图 2-3 至图 2-11。具体如下：
试验 1 有限元模拟与原型试验失稳破坏形态如图 2-3 所示，数值模拟时，四周布置两层竖向剪刀撑的支撑架体发生失稳时，以上下两层竖向剪刀撑交叉平面为界，架体上下均为大波鼓屈曲失稳破坏，起控制作用的部位为架体的上半部分，上半部分的中部位置位移最大。试验时，失稳破坏上半部分的变形大于下半部分，架体破坏形态为轻微扭转大波鼓屈曲失稳破坏。 由有限元与原型试验失稳破坏形态对比可知，破坏形态是基本一致的，都属于无侧移大波鼓屈曲失稳破坏，并且最大位移部位也在同一区域。
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3.1 工程概况 ····························· 25
3.2 新型轮扣式满堂模板支撑体系设计 ·························· 25
第 4 章 新型轮扣式模板支撑架在工程中的应用研究 ······················ 47
4.1 工程概况 ························· 47
4.2 新型轮扣式模板支撑架立杆顶部轴压力测试试验 ································· 47
第 4 章 新型轮扣式模板支撑架在工程中的应用研究、
4.1 工程概况
河北师范大学综合教学楼项目位于河北石家庄市南二环东路20号，总建筑面积为25378.59㎡，地下一层，地上十层，建筑高度44.70米，结构形式为框架—剪力墙结构，抗震设防烈度为7度，耐火等级为地下一级，地上二级，使用功能为教室、实验实训用房，综合楼效果图如图4-1所示。项目中支撑架体采用新型轮扣式模板支撑体系，支撑体系中立杆截面尺寸为：外径48.3mm，壁厚3.6mm，水平杆和剪刀撑钢管截面尺寸为：外径48.3mm，壁厚3.0mm。梁板底部架体设计根据实际情况采用立杆间距为600mm，900mm，1200mm三种，立杆步距主要为1200mm。剪刀撑按有关规范[54]要求进行搭设，混凝土采用汽车泵进行泵送。
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结论
本文研究的轮扣式模板支撑架是由河北省第四建筑工程有限公司和河北科技大学共同研发的一种新型轮扣式模板支撑架，是在传统轮扣式模板支撑架的基础上对其节点进行了改进。对于这种节点的支撑架的力学性能、工程应用研究都很少，本文针对该新型轮扣式满堂模板支撑架进行了有限元分析，分析了不同搭设参数对架体稳定承载力的影响，并结合具体的工程实例，研究了新型轮扣式模板支撑架体中单根立杆的受力以及扫地杆抗拔力情况，验证了支撑架体的各项性能指标，为今后的工程应用提供了参考依据。本文主要得出了以下几点结论：
1）有限元与试验破坏时的变形情况一致，都属于基本无侧移大波鼓屈曲失稳破坏，支撑架体节点刚度按照 1.6 的系数取值为 20.325k N·m/rad 时，有限元的计算结果与试验值更加接近。
2）立杆间距和步距对架体的稳定承载力均有不可忽视的影响。相对而言，步距对架体稳定承载力的影响更大。其他搭设参数不变时，在不搭设竖向剪刀撑的情况下，立杆间距每减小 0.3m，架体稳定承载力增大 4.3%~16.8%，步距每减小 0.3m，
承载力增大 7.4%~48.5%。在搭设竖向剪刀撑情况下，立杆间距每减小 0.3m，架体稳定承载力增大 0.1%~30.5%，步距每减小 0.3m，承载力增大 2.2%~44.3%。
3）搭设竖向剪刀撑对提高架体的稳定承载力具有显著的作用，达到了70.3%~145.8%。同时，当步距（1.8m，1.5m，1.2m）较大的时候，搭设竖向剪刀撑对提高架体稳定承载力的作用要大于步距（0.9m，0.6m）较小时搭设竖向剪刀撑的作用，这有可能是架体搭设步距太大，导致受载时架体抗侧移刚度不够，表现出柔性，所以在搭上竖向剪刀撑后架体抗侧移刚度变大，最后架体失稳破坏时稳定承载力明显提高。
参考文献（略）