附着式整体升降脚手架的结构设计与数值计算

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附着式整体升降脚手架作为建筑施工机械中必不可少的工具广泛应用于高层、尤其是超高层的建筑施工中,其具有突出的经济性和便捷性。但是随着建筑施工高度的增加,风荷载对脚手架的影响逐渐增大。一旦脚手架失稳坍塌,就会造成非常严重的安全事故。所以,在附着式整体升降脚手架的设计过程中,必须对其稳定性和风荷载作用下的动态响应、极限承载力进行研究。本文研究内容包括:  (1)研究了附着式整体升降脚手架各主要部件的工作原理和结构优化设计,完成了附着式整体升降脚手架的三维造型及装配。  (2)建立了附着式整体升降脚手架的有限元模型,对其进行模态分析得到了脚手架的自振频率。采用风振理论分析方法推导了脚手架上升和下降阶段的风振系数计算表达式和理论值。  (3)研究了脚手架的脉动风速时程模拟方法,提出采用Davenport风速功率谱,基于线性滤波法中的四阶AR模型来模拟脉动风速时程。通过模拟功率谱与目标功率谱的良好吻合验证了模拟的准确性,从而得出脚手架所受脉动风在时间、空间上的不相关性,而且随着脚手架施工高度的增加,风荷载瞬时峰值也将不断增大。  (4)分析了附着式整体升降脚手架的稳定性和极限承载力,采用有限元分析方法研究计算脚手架主要结构的强度、刚度等,验证其设计的正确性,达到安全稳定性的要求。采用非线性屈曲分析的方法分析风荷载作用下脚手架的极限承载力,得到其极限承载力发生在主框架和附着支承结构的连接点处,脚手架的失稳破坏属于纵向刚度不足引起。  通过研究附着式整体升降脚手架的结构设计和风荷载作用下的数值计算,对脚手架的经济性和安全性进行了综合评价和认识。在此基础上,进一步提高了脚手架的安全性能,减少了安全事故发生,也为改进现有脚手架和研制新型脚手架提供了参考。
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