底部节点刚度对极限承载能力的影响

3.3.1　有限元模型验证

为了验证有限元模型的可靠性，本节对双层门式脚手架体系进行了分析。总体上讲，可以将门式脚手架的边界条件分为4类：

● 铰接—刚接

● 铰接—铰接

● 自由—刚接

● 自由—铰接

第一个约束条件是指限制脚手架顶部平移自由度的约束，第二个约束条件是指脚手架底部的扭转自由度的约束。

各边界条件下得到的结果如图2—32所示。将本文所得计算结果与Yu所得结果进行对比，对比结果如图2—33所示。从计算结果可知，双层门式脚手架体系的边界条件对其极限承载能力有很大影响。通过计算结果的对比，可以看出两者高度吻合，验证了本文所提数值计算模型的精确性。

图2—34所示为双层单排门式脚手架在不同边界条件下的失效模式。从图中可以看出，边界条件不仅影响承载能力，同时也影响失效模式。

图2-32　双层脚手架荷载位移曲线

图2-33　极限承载能力对比

图2-34　双层单排门式脚手架失效模式

3.3.2　连接节点刚度影响

3.3.2.1　自由—刚接

为了研究门式脚手架不同模块之间连接节点刚度对承载能力的影响，采用双单元模拟不同模块之间的连接节点，通过调整刚度系数k来模拟连接节点刚度的影响。刚度系数k代表连接节点刚度与立柱线刚度的比值。边界条件为顶端自由，底部刚接。

不同连接节点刚度系数所得到的荷载位移曲线如图2—35所示。从计算结果可知，连接节点刚度几乎不会影响门式脚手架体系的极限承载能力，计算结果显示影响很小以至于可以忽略。同时从荷载位移曲线可以看出，连接节点刚度不会影响脚手架体系的初始刚度。

图2—36所示为三层两排脚手架体系的失效模式。从图中可以看出，连接节点刚度不会影响脚手架的失效模式。失效是由最高层脚手架立柱的屈曲引起的。这是由于脚手架顶部为自由端引起的。(www.xing528.com)

图2-35　连接节点刚度对极限承载能力的影响

图2-36　三层两排脚手架体系失效模式

3.3.2.2　铰接—刚接

本节研究了连接节点刚度对顶部铰接底部为刚接的门式脚手架极限承载能力的影响。对三层一排、三层四排脚手架体系进行了分析研究。得到的荷载位移曲线如图2—37所示。

从计算结果可以看出，对于三层一排脚手架体系，当连接节点刚度系数从1变为0.1时，结构的极限荷载从92kN变为87.4kN。对于三层四排脚手架体系，极限荷载从94kN降为90.26kN。从计算结果可知，连接节点的刚度对边界条件为铰接—刚接的脚手架承载能力的影响要大于边界条件为自由—刚接的脚手架。对所分析的两种脚手架，极限承载能力分别降低了5%和4%。

图2-37　连接节点刚度对极限承载能力的影响

3.3.3　底部节点刚度影响

3.3.3.1　自由—刚接

根据Yu的研究成果，底部节点刚度对单层脚手架体系极限承载能力的影响是最大的。当将底部节点由刚接变为铰接时，单层脚手架体系的极限承载力会降低59%。本节研究了边界条件为自由—刚接的脚手架体系，计算结果如图2—38所示。从图2—38（a）中可以看出，底部节点由刚接变为铰接时，双层脚手架的承载能力降低了88.7%，同样从图2—38（b）可以看出，底部节点刚度对三层脚手架体系的承载能力几乎没有影响。这与Yu的研究结果一致。

从上述的结果可以看出，底部节点刚度会降低单层和双层门式脚手架体系的极限承载能力，但底部节点刚度对双层以上的门式脚手架体系不会有影响。

图2-38　底部节点刚度的影响（自由-刚接）

3.3.3.2　铰接—刚接

本节对边界条件为铰接—刚接的脚手架体系进行了研究，所得结果如图2—39所示。从图中可知，当边界条件为上部铰接，底部节点刚度几乎不会影响脚手架的极限承载能力。

图2-39　底部节点刚度的影响（铰接-刚接）