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摘要：承插型盘扣式支架作为一种新型支架具有承载力高、施工方便、经济效益好等特点，近年来广泛应用于临时结构。但支架节点连接的半刚性问题研究还不够全面，节点半刚性问题影响着盘扣式支架整体的受力性能。本文基于实际工程，运用有限元软件Midas/civil建立门洞跨盘扣式支架模型，通过分析不同节点刚度值下支架的应力、位移和内力的变化情况，探讨节点半刚性对支架受力和变形的影响规律。
关键词：盘扣式支架；迈达斯；节点半刚性
引言
承插型盘扣式支架是一种在碗扣式支架的基础上进行改进的新型支架。与扣件式支架、门式支架、碗扣式等其他支架相比，盘扣式支架在经济、安全、承载力等方面都有很好的优势[1]。但是，现阶段对盘扣式支架的理论研究不够深入，针对支架节点的半钢性问题没有一个清晰的定义，计算模型模拟不精确，未能反映实际的受力状态，设计的支撑系统不是承载力不够就是过于保守[2]。在以往的支架结构设计分析中，为了便于计算，通常假定杆件之间的连接为刚性连接或者理想铰接。但在实际结构中，立杆和横杆相交的节点在传递弯矩的同时还发生一定的相对转动，节点的属性介于刚性连接和铰接之间，属于一种半刚性连接。以往对于支架节点半刚性的研究都是建立在一个模型的基础上，并不能完全的反应支架在实际工程中的受力和变形情况，且目前对半刚性节点的刚度取值问题没有统一的认识，不同的节点刚度对支架的影响有待进一步研究[3-5]。因此，为了保证模板支架在桥梁工程中的应用安全，基于实际工程，运用有限元分析软件Midas/civil对盘扣式支架的节点半刚性进行分析研究显得尤为重要。
1工程概况
1.1工程介绍
济南连接线项目位于济南市历下区，全长1825m。上部结构采用现浇箱梁，下部结构采用矩形墩、U形桥台，基础采用桩基础。门洞为跨径45m的连续梁结构，设置双向四车道，门洞高5.4m，单侧门洞宽度6m。该工程采用盘扣式支架。架体连接形式均采用圆盘形扣盘与卡钳型楔销锁紧固定。门洞结构为钢管桩支撑纵向工字钢，门洞共布置三排Φ630壁厚8mm的钢管，钢管间距3m。
1.2支架计算
对支架腹板处立杆进行承载力和变形计算，得支架立杆承载力为82.13kN，挠度为3.75mm。对立杆进行稳定性验算，得其应力为287.46MPa，小于规范值300MPa，支架立杆的承载力和稳定性满足要求[8-9]。
2迈达斯模型
2.1基本假定
（1）支架的主要承载力取决于立杆的强度，横杆只起到支撑立杆、减少长细比的作用；
（2）假设斜撑、立杆与水平杆相交于一点，忽略杆件偏心的影响；
（3）考虑节点的半刚性，立杆与立杆的连接假定为刚接，立杆与横杆的连接为半刚性连接，地基与立杆之间的连接为铰接，不考虑地基的下沉影响。
2.2边界条件设置[6]
支架和底面采用一般支撑，约束全部平移自由度。墩柱和桩下端采用一般支撑，约束全部的平移自由度和转动自由度。钢管桩顶端和工字梁采用刚性连接，工字钢和铝梁之间采用弹性连接里的仅受压连接，支架立杆和铝梁之间采用弹性连接里的一般连接。立杆与横杆之间的边界条件为释放梁端约束。
门洞跨模型如图1所示：
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图1 门洞跨支架模型标准图
3节点半刚性分析
在迈达斯的模型中，节点半刚性通过释放梁端约束来体现。释放梁端约束有绝对值和相对值两种方法现。因此，本节将通过绝对值和相对值两种方法来分析支架节点半刚性。绝对值方法是将所建立的迈达斯模型的节点刚度的绝对值取值分别设为30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90，单位为kNm/rad。相对值方法是将所建立的迈达斯模型的节点刚度的相对值取值分别设为0.3、0.4、0.5。本节主要研究横杆和立杆相连的半刚性，节点半刚性将会影响整体结构的约束程度。
3.1绝对值和相对值下支架杆件的应力
表1 支架各组件应力表
由应力值图表可知，支架各组件的应力随着节点刚度值的改变呈线性变化，体现了支架节点半刚性的特点。节点刚度值为35时，立杆应力减少较多。从表中观测绝对值和相对值之间的关系规律，节点半刚性相对值0.3等同于节点半刚性绝对值30以下。节点半刚性相对值0.4等同于节点半刚性绝对值30-50之间。节点半刚性相对值0.5等同于节点半刚性绝对值55-75之间。由图表可知，除了立杆，其他各组件的应力均在规定范围内，支架基本安全。
3.2绝对值和相对值下支架杆件的位移
表2 支架各组件位移表
横杆的弯矩随着节点刚度值的增加而线性增加，立杆y向正弯矩随着节点刚度值的增加呈现阶梯式增加，横杆正弯矩在节点刚度值为75的时候变化变缓。
4结论
本文运用Midas/civil对门洞跨的盘扣式支架进行了节点半刚性的分析。通过绝对值和相对值两种方法，探究不同的节点刚度值对盘扣式支架的受力和变形的影响规律。从不同节点刚度值下支架的应力、位移、弯矩变化图表可知：
（1）支架的节点具有明显半刚性的特点，不同的节点刚度值下，立杆和横杆的变化规律是不同的。对于立杆，随着节点刚度值的增加，应力、位移线性减小，弯矩呈现阶梯式增加。对于横杆，随着节点刚度值的增加，位移线性减小，应力、弯矩线性增加。
（2）支架的受力和变形在半刚性节点刚度值为35、45、65、75KN.m/rad的时候变化明显，今后还需要通过试验进一步分析盘扣式支架节点半刚性的变化规律。
（3）绝对刚度值和相对刚度值具有一定的换算规律。节点半刚性相对值0.3相当于节点半刚性绝对值30以下。节点半刚性相对值0.4相当于节点半刚性绝对值30-50之间。节点半刚性相对值0.5相当于节点半刚性绝对值55-75之间。
（4）节点半刚性相对值的变化规律与绝对值的变化规律一致。
参考文献：
[1]彭成炎，丰保卫.承插型盘扣式支架在现浇箱梁中的应用[J].公路交通科技，2014，111（3）：238-240.
[2]徐蓉，刘碧波.承插型盘扣式模板支架体系试验研究[J].施工技术，2014，43（5）：77-81.
[3]李纪明，王步.扣件式钢管模板支架节点半刚性连接机制试验研究[J].建筑施工，2017，39（3）：413-415.
[4]胡长明，车佳玲.节点半刚性对扣件式钢管模板支架稳定承载力的影响分析[J].工业建筑，2010，40（2）：20-23.
[5]钱晓军.盘扣式及碗扣式钢管支架节点试验及应用技术研究[D].南京：东南大学，2016.
[6]邱顺东.桥梁工程软件midas Civil工程应用实例[M].北京：人民交通出版社，2011.