專(zhuān)利名稱：用于防止高大模板支架連續(xù)性倒塌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑力學(xué)領(lǐng)域，特別是一種防止高大模板回去連續(xù)性倒塌的方法。
背景技術(shù)：
大量的統(tǒng)計(jì)資料表明，結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中的安全性遠(yuǎn)小于使用期的安全性。以美國(guó)為例，大約57%的工程破壞事故出現(xiàn)在施工階段；在俄羅斯，這個(gè)比例約為70%，我國(guó)則更為突出，葉耀先在對(duì)1958 1987年間國(guó)內(nèi)285起較大的建筑結(jié)構(gòu)倒塌事故進(jìn)行的分析表明，施工期間發(fā)生的安全事故占83%，而根據(jù)近10年357起倒塌事故統(tǒng)計(jì)顯示，有78%的事故發(fā)生在施工階段，而造成大部分結(jié)構(gòu)坍塌的原因在于模板支撐體系的倒塌。通過(guò)對(duì)此類(lèi)事故的分析研究，發(fā)現(xiàn)因施工期間模板支架連續(xù)性倒塌，最終導(dǎo)致事故發(fā)生的占有相當(dāng)大的比例。所謂連續(xù)性倒塌是指，結(jié)構(gòu)在正常使用條件下由于突發(fā)事件使結(jié)構(gòu)發(fā)生局部破壞，這種破壞從結(jié)構(gòu)初始破壞位置沿構(gòu)件進(jìn)行傳遞，最終導(dǎo)致整個(gè)建筑物倒塌或者造成與初始破壞部分成不成比例的倒塌。連續(xù)性倒塌研究源于建筑結(jié)構(gòu)。1968年5月16日，倫敦Ronan Point公寓樓18層一住戶因夜間煤氣泄漏引起爆炸，爆炸壓力破壞了該單元兩側(cè)的外墻板和局部樓板，上一層的墻板在失去支承后也同時(shí)墜落，墜落的構(gòu)件依次撞擊下層造成連續(xù)破壞，使得該22層高樓的一個(gè)角區(qū)發(fā)生多米諾骨牌效應(yīng)從上層一直坍到底層。自從公寓樓發(fā)生連續(xù)性倒塌之后，英國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范就相應(yīng)做了修改，歐洲的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也隨之做了調(diào)整。有關(guān)防止結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)性倒塌的設(shè)計(jì)方法在很多國(guó)家的規(guī)范都有規(guī)定，英國(guó)、瑞典、荷蘭等國(guó)家在RonanPoint公寓樓倒塌之后，開(kāi)始把煤氣爆炸產(chǎn)生的沖擊作用量化，要求設(shè)計(jì)時(shí)必須針對(duì)這類(lèi)偶然作用明確分析結(jié)構(gòu)的抵抗力。有些國(guó)家的規(guī)范雖然沒(méi)有用計(jì)算的方法來(lái)防止建筑物發(fā)生連續(xù)性倒塌，但也提倡通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性及構(gòu)件之間的拉結(jié)獲得結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，從而防止結(jié)構(gòu)因局部破壞而發(fā)生連續(xù)性倒塌。然而，我國(guó)還沒(méi)有在抗連續(xù)性倒塌方面做出明確規(guī)定，只是在GB 50010《凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.1. 6條中規(guī)定結(jié)構(gòu)應(yīng)具有整體穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)的局部破壞不應(yīng)導(dǎo)致大范圍倒塌。規(guī)范只對(duì)該條款做了簡(jiǎn)單的說(shuō)明，沒(méi)有提出設(shè)計(jì)的具體方法和要求，缺乏可操作性?？梢?jiàn)我國(guó)在連續(xù)性倒塌方面研究是不足的。造成高大模板支撐體系連續(xù)性倒塌的原因很復(fù)雜，歸根到底在于高大模板支撐體系的受力特性是非常復(fù)雜的，存在諸多不確定性因素。首先在模板支撐架作用時(shí)，現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)包含尚處于低齡期的混凝土構(gòu)件，混凝土的力學(xué)性能并未發(fā)展成熟，隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)，整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗力和內(nèi)力均會(huì)發(fā)生改變，而且在大跨度、大樓面高度的模板支撐系統(tǒng)中，支撐架的剛度不是無(wú)窮大的；其次，模板支撐架與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間存在著空間上的對(duì)應(yīng)關(guān)系，構(gòu)成了模板支撐與主體結(jié)構(gòu)之間共同作用的體系，而在施工結(jié)束前結(jié)構(gòu)并未能形成完整的承載體系；再者，施工階段荷載分布非常復(fù)雜，施工期內(nèi)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)和結(jié)構(gòu)使用期的荷載效應(yīng)也有所不同；施工階段各項(xiàng)人為操作失誤也是導(dǎo)致模板支撐結(jié)構(gòu)體系處于施工期事故頻發(fā)的重要原因。這些客觀條件的限制和施工過(guò)程中的人為因素，導(dǎo)致施工期內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)失效概率高于正常使用階段。
當(dāng)前高大模板支架施工方案中對(duì)所加設(shè)的輔助構(gòu)造措施是出于一種習(xí)慣性的安全考慮，并沒(méi)有思考過(guò)所增設(shè)的構(gòu)造措施是否對(duì)高大模板支架發(fā)揮應(yīng)有的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種用于防止高大模板回去連續(xù)性倒塌的方法，它可以通過(guò)計(jì)算，對(duì)模板支架整體受力及抗連續(xù)性倒塌進(jìn)行分析，并提出模板支架設(shè)計(jì)及施工的改進(jìn)技術(shù)措施。本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，具體步驟如下
1)將定節(jié)點(diǎn)為半鋼性，桿件無(wú)缺陷，根據(jù)施工方案進(jìn)行高大模板支架建模；
2)在高大模板支架模型上施加模擬荷載；
3)對(duì)高大模板支架出現(xiàn)缺陷后的情況計(jì)算每種缺陷對(duì)應(yīng)的失穩(wěn)系數(shù)I，缺陷包括有荷載偏心、立桿初始彎曲和初偏心、結(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量；
4)在高大模板支架模型的基礎(chǔ)上增加輔助措施，再重新計(jì)算高大模板支架出現(xiàn)步驟3)所述缺陷后的對(duì)應(yīng)失穩(wěn)系數(shù)II ；
5)比較失穩(wěn)系數(shù)I和失穩(wěn)系數(shù)II，若失穩(wěn)系數(shù)II大于失穩(wěn)系數(shù)I，則保留增加的輔助措施，若失穩(wěn)系數(shù)II小于或等于失穩(wěn)系數(shù)I，則去除輔助措施。進(jìn)一步，步驟I)中建模參數(shù)包括有立桿橫距、立桿縱距、支撐高度、橫桿縱桿的步距、縱橫掃地桿的距地高度、連墻件沿已經(jīng)形成強(qiáng)度的柱逐步縱向分布、沿梁長(zhǎng)方向沿支撐高度設(shè)置剪刀撐，與縱橫桿在交結(jié)處以旋轉(zhuǎn)扣件連接。進(jìn)一步，步驟2)中施加的模擬荷載參數(shù)包括有梁下支承模板支架受載梁寬和施工狀態(tài)中受載面的荷載大小。進(jìn)一步，所述輔助措施為增加斜桿。進(jìn)一步，步驟5)中增加了輔助措施后，重新建立高大模板支架模型，在沒(méi)有缺陷的情況下分別計(jì)算未增加輔助措施時(shí)的失穩(wěn)系數(shù)和增加了輔助措施時(shí)的失穩(wěn)系數(shù)，若增加了輔助措施后的失穩(wěn)系數(shù)小，則保留增加的輔助措施，若增加了輔助措施后的失穩(wěn)系數(shù)不變或變大，則去除輔助措施。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明通過(guò)建?？梢苑治鍪┕て谀０逯误w系的受力特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，進(jìn)行模板支架整體受力及抗連續(xù)倒塌分析，提出模板支架設(shè)計(jì)及施工改進(jìn)技術(shù)措施。增加輔助措施后，重新計(jì)算在有缺陷情況下的失穩(wěn)系數(shù)，通過(guò)與沒(méi)有增加輔助措施時(shí)的失穩(wěn)系數(shù)相比較，得知輔助措施是否有效，從而指導(dǎo)輔助措施增加，防止高大模板支架倒塌。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


本發(fā)明的

如下。圖1為本發(fā)明的流程框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。以其中一根大跨度混凝土梁模板支撐為例，進(jìn)行分析計(jì)算。按施工狀態(tài)，梁下支承模板支架受載范圍為梁寬500mm再加上梁兩側(cè)一定范圍各400mm寬，施工狀態(tài)中該面荷載大小為 22. 02kN/m2。模板支架的基本數(shù)據(jù)包括有
1、立桿橫距0.5m,縱距Im,由于支撐高度為8m,立桿的豎向連接采用對(duì)接扣件聯(lián)結(jié)；
2、橫桿和縱桿步距為1.5m ；
3、設(shè)縱橫向掃地桿，距地面0.2m ；
4、設(shè)連墻件，沿已經(jīng)形成強(qiáng)度的柱逐步縱向分布；
5、沿梁長(zhǎng)方向沿支撐高度設(shè)置剪刀撐，與縱橫桿在交結(jié)處以旋轉(zhuǎn)扣件連接；
利用軟件ASP2000V14建立模型，計(jì)算失穩(wěn)系數(shù)，第一階段的失穩(wěn)系數(shù)為4. 36，第二階段的失穩(wěn)系數(shù)擅4. 40，第三階段的失穩(wěn)系數(shù)為4. 72。根據(jù)失穩(wěn)模式可知體系由于兩主軸平面剛度相差較大，可能的失穩(wěn)模式在該模式內(nèi)是平面外的失穩(wěn)。此屈曲分析是在理想狀態(tài)上得到，從當(dāng)前工作狀態(tài)的失穩(wěn)系數(shù)上是安全的，但由體系結(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量離異性大，上部荷載偏心可能性大,應(yīng)當(dāng)較核其對(duì)偏心率和結(jié)點(diǎn)可靠性的適應(yīng)性?？紤]上部荷載偏心的影響，偏心距取為100mm，計(jì)算失穩(wěn)系數(shù)，第一階段的失穩(wěn)系數(shù)為4. 29，第二階段的失穩(wěn)系數(shù)擅4. 31，第三階段的失穩(wěn)系數(shù)為4. 70。從分析結(jié)果看，荷載偏心不大的情況下，由于對(duì)各立桿仍是軸向力作用，因此對(duì)體系的失穩(wěn)模式并未改變，對(duì)穩(wěn)定承載能力的影響不大?？紤]立桿初彎曲和初偏心原始缺陷的影響，統(tǒng)一按立桿8m高度按50mm允許側(cè)向偏差進(jìn)行模型的調(diào)整建立。計(jì)算失穩(wěn)系數(shù)，第一階段的失穩(wěn)系數(shù)為4. 29，第二階段的失穩(wěn)系數(shù)擅4. 31，第三階段的失穩(wěn)系數(shù)為4. 72。從分析結(jié)構(gòu)看，立桿初始偏心不大的情況下，對(duì)體系的失穩(wěn)模式和穩(wěn)定承載能力的影響不大?，F(xiàn)有模型中，結(jié)點(diǎn)剛度是按40N.m的施工質(zhì)量來(lái)確定的，考慮到結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量在現(xiàn)場(chǎng)施工的離異性，結(jié)點(diǎn)剛度會(huì)隨著扭力的下降而快速減小，在將結(jié)點(diǎn)單元的扭轉(zhuǎn)剛度取為原計(jì)算模型的50%，轉(zhuǎn)動(dòng)剛度取為原計(jì)算模型的20%，計(jì)算失穩(wěn)系數(shù)，第一階段的失穩(wěn)系數(shù)為2. 96，第二階段的失穩(wěn)系數(shù)擅2. 97，第三階段的失穩(wěn)系數(shù)為3. 18。分析結(jié)果表明，結(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量對(duì)體系穩(wěn)定系數(shù)有較大的影響，并且，從各階失穩(wěn)模式情形表明，一般都與立桿直接處設(shè)為鉸結(jié)點(diǎn)的薄弱剛度相關(guān)，因此，對(duì)于本工程中，必須保證各結(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量。為了增加平面外的剛度，增設(shè)構(gòu)造措施
沿梁寬方向沿支撐高度設(shè)置斜撐，沿梁長(zhǎng)與縱橫桿在交結(jié)處以旋轉(zhuǎn)扣件連接；由于此寬度上立桿只有三根，因此無(wú)法設(shè)置剪力撐，采用加斜桿的方式進(jìn)行加強(qiáng)。設(shè)置斜撐的目的是為增加體系在弱軸的剛度，避免體系在該軸上的整體失穩(wěn)。增加措施后重新計(jì)算考慮上部荷載偏心的影響和考慮立桿初彎曲和初偏心原始缺陷的影響時(shí)的失穩(wěn)系數(shù)，考慮上部荷載偏心的影響結(jié)果為第一階段的失穩(wěn)系數(shù)為0. 97，第二階段的失穩(wěn)系數(shù)擅1. 10，第三階段的失穩(wěn)系數(shù)為1. 14 ;考慮立桿初彎曲和初偏心的影響結(jié)果為第一階段的失穩(wěn)系數(shù)為0. 66，第二階段的失穩(wěn)系數(shù)擅0. 67，第三階段的失穩(wěn)系數(shù)為0. 72。根據(jù)分析結(jié)果，失穩(wěn)系數(shù)嚴(yán)重降低到絕對(duì)不安全的狀態(tài)，體系將產(chǎn)生立桿的局部失穩(wěn)。其原因在于斜撐的設(shè)置改變了體系的傳力途徑，盡管體系的整體側(cè)向剛度得到增強(qiáng)，但在避免體系的整體失穩(wěn)的同時(shí)，卻造成了對(duì)某些結(jié)點(diǎn)的水平推力加大，從而使得立桿提前出現(xiàn)局部失穩(wěn)，反而造成了體系整體穩(wěn)定系數(shù)的大幅降低。因此，在本工程中，由于弱剛度平面內(nèi)無(wú)法設(shè)置直接在體系內(nèi)部增加剛度，為了避免其平面外的整體失穩(wěn)產(chǎn)生，提高結(jié)構(gòu)的整體安全性，應(yīng)該考慮其外部側(cè)向約束的設(shè)置。由于梁下支撐與梁板下支撐受力不同，桿件布置特征也不相同，側(cè)向約束無(wú)法在兩支撐體系間直接建立，因此隔三根立桿間距設(shè)置。該立桿不能交結(jié)于梁板下支撐的中間步結(jié)點(diǎn)。增加了該輔助措施后計(jì)算模板支架失穩(wěn)系數(shù)，第一階段的失穩(wěn)系數(shù)為5. 05，第二階段的失穩(wěn)系數(shù)擅5. 08，第三階段的失穩(wěn)系數(shù)為5. 28 ；體系的失穩(wěn)系數(shù)有了一定的提高，并且體系的失穩(wěn)模式已經(jīng)整體傾覆式的失穩(wěn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹睏U在直接扣件處薄弱的抗彎性能而出現(xiàn)的局部失穩(wěn)。最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.用于防止高大模板支架連續(xù)性倒塌的方法，其特征在于，具體步驟如下 1)將定節(jié)點(diǎn)為半鋼性，桿件無(wú)缺陷，根據(jù)施工方案進(jìn)行高大模板支架建模； 2)在高大模板支架模型上施加模擬荷載； 3)對(duì)高大模板支架出現(xiàn)缺陷后的情況計(jì)算每種缺陷對(duì)應(yīng)的失穩(wěn)系數(shù)I，缺陷包括有荷載偏心、立桿初始彎曲和初偏心、結(jié)點(diǎn)施工質(zhì)量； 4)在高大模板支架模型的基礎(chǔ)上增加輔助措施，再重新計(jì)算高大模板支架出現(xiàn)步驟3)所述缺陷后的對(duì)應(yīng)失穩(wěn)系數(shù)II ； 5)比較失穩(wěn)系數(shù)I和失穩(wěn)系數(shù)II，若失穩(wěn)系數(shù)II大于失穩(wěn)系數(shù)I，則保留增加的輔助措施，若失穩(wěn)系數(shù)II小于或等于失穩(wěn)系數(shù)I，則去除輔助措施。
2.如權(quán)利要求1所述的用于防止高大模板支架連續(xù)性倒塌的方法，其特征在于，步驟1)中建模參數(shù)包括有立桿橫距、立桿縱距、支撐高度、橫桿縱桿的步距、縱橫掃地桿的距地高度、連墻件沿已經(jīng)形成強(qiáng)度的柱逐步縱向分布、沿梁長(zhǎng)方向沿支撐高度設(shè)置剪刀撐，與縱橫桿在交結(jié)處以旋轉(zhuǎn)扣件連接。
3.如權(quán)利要求1所述的用于防止高大模板支架連續(xù)性倒塌的方法，其特征在于，步驟2)中施加的模擬荷載參數(shù)包括有梁下支承模板支架受載梁寬和施工狀態(tài)中受載面的荷載大小。
4.如權(quán)利要求1所述的用于防止高大模板支架連續(xù)性倒塌的方法，其特征在于，所述輔助措施為增加斜桿。
5.如權(quán)利要求1所述的用于防止高大模板支架連續(xù)性倒塌的方法，其特征在于步驟5)中增加了輔助措施后，重新建立高大模板支架模型，在沒(méi)有缺陷的情況下分別計(jì)算未增加輔助措施時(shí)的失穩(wěn)系數(shù)和增加了輔助措施時(shí)的失穩(wěn)系數(shù)，若增加了輔助措施后的失穩(wěn)系數(shù)小，則保留增加的輔助措施，若增加了輔助措施后的失穩(wěn)系數(shù)不變或變大，則去除輔助措施。
全文摘要
用于防止高大模板支架連續(xù)性倒塌的方法1)高大模板支架建模；2)施加模擬荷載；3)對(duì)高大模板支架出現(xiàn)缺陷后的情況計(jì)算每種缺陷對(duì)應(yīng)的失穩(wěn)系數(shù)Ⅰ；4)增加輔助措施，重新計(jì)算失穩(wěn)系數(shù)Ⅱ；5)比較失穩(wěn)系數(shù)Ⅰ和失穩(wěn)系數(shù)Ⅱ。本發(fā)明通過(guò)建模可以分析施工期模板支撐體系的受力特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，進(jìn)行模板支架整體受力及抗連續(xù)倒塌分析，提出模板支架設(shè)計(jì)及施工改進(jìn)技術(shù)措施。增加輔助措施后，重新計(jì)算在有缺陷情況下的失穩(wěn)系數(shù)，通過(guò)與沒(méi)有增加輔助措施時(shí)的失穩(wěn)系數(shù)相比較，得知輔助措施是否有效，從而指導(dǎo)輔助措施增加，防止高大模板支架倒塌。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102999669SQ20121049761
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者華建民, 陳名弟 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)