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满堂支架因使用辅助设备少,纵横间距结构形式多样、地基承载力要求不高,使用成本相对较低等优点在工程中得到了广泛使用。由于对满堂支架的重视程度不足和施工过程的复杂多变,导致近年来模板支架系统坍塌事故屡见不鲜。
本文利用数值模拟手段对影响满堂支架施工安全的内在因素和外在因素进行了系统分析,得到了不同因素对结构稳定承载力的影响规律。鉴于专家经验水平的差异,给出了一种利用专家置信指数来修正专家们不同评估结果的方法。通过理论和试验研究确定了满堂支架监测的内容和范围,在单因素预警的基础上提出了一种考虑因素间相互叠加影响的多因素综合预警方法。主要研究如下:
(1)研究了支架规模、平纵线形、杆件步距、剪刀撑搭设密度、节点连接和材料初始缺陷等内在因素对满堂支架稳定性的影响,得到了其普遍变化规律。支架纵向长度的改变对其稳定性的影响较小;随支架横向宽度的减小,其屈曲荷载呈下降趋势,支架稳定性随高度的变化规律则与之相反。支架坡度是由立杆悬臂长度a值控制,支架的稳定性随a值的增大而降低,当a>0.2m时有显著变化,架体从整体的大波鼓曲失稳逐渐转变为局部横向失稳。支架的承载能力随平曲线半径的减小而降低,建议不小于300米。随立杆步距的增大,支架屈曲荷载有大幅度的降低;横杆步距变化对支架屈曲荷载无明显影响;剪刀撑的搭设疏密也直接影响支架的承载能力,随布设密度的增加,支架的承载能力也逐渐增强,其中在纵向的提升更为明显。节点刚度对结构稳定性影响明显,随节点刚度的增大,结构的承载能力也逐渐增强;扣件未扣比例增加会导致架体稳定性下降。支架材料初始缺陷对结构承载能力有较大的影响,随着修正系数的增加,支架体系屈曲荷载呈逐渐减小趋势。
(2)研究了地形形态、地基条件、风荷载、环境和人等外在因素对满堂支架安全性的影响,给出了相关搭设建议和施工注意要点。不同地形对支架安全的影响不一,按安全系数大小排序为:平地>斜坡>Λ形坡>V形谷;支架的承载能力随着扫地杆离地高度b值的增大而减小,建议不超过0.3m。不良地基对支架稳定性有很大的影响,在实际施工中应严格做好地基处理工作。风荷载对支架结构安全影响较大,随风压值的增大,支架最大拉压应力和最大位移基本呈线形增长。同时,施工时还应注意环境与人的因素对支架安全的影响。
(3)对支架施工风险进行了定义和分类,从内在因素和外在因素两大方面分析了影响满堂支架施工安全的风险因素,构建了施工安全风险评估指标体系,介绍了利用层次分析法确定评估指标权重的计算过程。基于事故可能性和损失程度确定了风险分级标准,并用风险矩阵法作为风险评价准则。最后,提出了专家置信系数对不同专家的评估结论进行修正,得到综合风险等级。针对不同风险等级提出相应的控制措施,对达到中度(2级)风险以上的支架施工应予以监测,界定了支架监测预警的适用范围。
(4)通过对文献规范的查阅和室外试验对比,得出支架监测的内容应包括支架反力、立杆轴力、立杆竖向位移、立杆横向位移、支架基础沉降和支架沉降等关键指标。通过分析箱梁结构的荷载分布规律和对试验模型进行有限元模拟,得到各监测指标发生最大值的点位或区域,结合相关规范规定,提出监测内容中各指标在纵桥向、横桥向和高度区间上的测点位置。给出了一种对监测数据去噪处理的方法,合理确定了各监测参量的阈值,将支架状态分为了正常、异常和危险三种,实现了分阶段分级预警。在单因素预警的基础上考虑参数间的叠加影响,提出了一种多因素综合预警分级方法,达到更准确及时地预警支架不安全状态的效果。
(5)根据本文研究成果,对依托工程进行了风险评估,并用传统指标体系下的评估结果验证了本文指标体系的可行性,得出该支架施工风险等级为2级偏上。据此对混凝土浇筑过程进行了监测预警分析,单因素分析时发现支架在第二次砼浇筑过程19:00时处于了黄色预警状态,而多因素分析时较单因素分析早了约1小时发现支架异常,组织专人对支架异常原因进行了及时检查和解决,后续浇筑过程中支架均处于安全状态,符合该工程的实际施工情况。本研究的合理使用有效帮助了管理人员实时掌握现场安全情况,尽早发现和消除了施工风险隐患,极大提高了事故预防能力。
本文利用数值模拟手段对影响满堂支架施工安全的内在因素和外在因素进行了系统分析,得到了不同因素对结构稳定承载力的影响规律。鉴于专家经验水平的差异,给出了一种利用专家置信指数来修正专家们不同评估结果的方法。通过理论和试验研究确定了满堂支架监测的内容和范围,在单因素预警的基础上提出了一种考虑因素间相互叠加影响的多因素综合预警方法。主要研究如下:
(1)研究了支架规模、平纵线形、杆件步距、剪刀撑搭设密度、节点连接和材料初始缺陷等内在因素对满堂支架稳定性的影响,得到了其普遍变化规律。支架纵向长度的改变对其稳定性的影响较小;随支架横向宽度的减小,其屈曲荷载呈下降趋势,支架稳定性随高度的变化规律则与之相反。支架坡度是由立杆悬臂长度a值控制,支架的稳定性随a值的增大而降低,当a>0.2m时有显著变化,架体从整体的大波鼓曲失稳逐渐转变为局部横向失稳。支架的承载能力随平曲线半径的减小而降低,建议不小于300米。随立杆步距的增大,支架屈曲荷载有大幅度的降低;横杆步距变化对支架屈曲荷载无明显影响;剪刀撑的搭设疏密也直接影响支架的承载能力,随布设密度的增加,支架的承载能力也逐渐增强,其中在纵向的提升更为明显。节点刚度对结构稳定性影响明显,随节点刚度的增大,结构的承载能力也逐渐增强;扣件未扣比例增加会导致架体稳定性下降。支架材料初始缺陷对结构承载能力有较大的影响,随着修正系数的增加,支架体系屈曲荷载呈逐渐减小趋势。
(2)研究了地形形态、地基条件、风荷载、环境和人等外在因素对满堂支架安全性的影响,给出了相关搭设建议和施工注意要点。不同地形对支架安全的影响不一,按安全系数大小排序为:平地>斜坡>Λ形坡>V形谷;支架的承载能力随着扫地杆离地高度b值的增大而减小,建议不超过0.3m。不良地基对支架稳定性有很大的影响,在实际施工中应严格做好地基处理工作。风荷载对支架结构安全影响较大,随风压值的增大,支架最大拉压应力和最大位移基本呈线形增长。同时,施工时还应注意环境与人的因素对支架安全的影响。
(3)对支架施工风险进行了定义和分类,从内在因素和外在因素两大方面分析了影响满堂支架施工安全的风险因素,构建了施工安全风险评估指标体系,介绍了利用层次分析法确定评估指标权重的计算过程。基于事故可能性和损失程度确定了风险分级标准,并用风险矩阵法作为风险评价准则。最后,提出了专家置信系数对不同专家的评估结论进行修正,得到综合风险等级。针对不同风险等级提出相应的控制措施,对达到中度(2级)风险以上的支架施工应予以监测,界定了支架监测预警的适用范围。
(4)通过对文献规范的查阅和室外试验对比,得出支架监测的内容应包括支架反力、立杆轴力、立杆竖向位移、立杆横向位移、支架基础沉降和支架沉降等关键指标。通过分析箱梁结构的荷载分布规律和对试验模型进行有限元模拟,得到各监测指标发生最大值的点位或区域,结合相关规范规定,提出监测内容中各指标在纵桥向、横桥向和高度区间上的测点位置。给出了一种对监测数据去噪处理的方法,合理确定了各监测参量的阈值,将支架状态分为了正常、异常和危险三种,实现了分阶段分级预警。在单因素预警的基础上考虑参数间的叠加影响,提出了一种多因素综合预警分级方法,达到更准确及时地预警支架不安全状态的效果。
(5)根据本文研究成果,对依托工程进行了风险评估,并用传统指标体系下的评估结果验证了本文指标体系的可行性,得出该支架施工风险等级为2级偏上。据此对混凝土浇筑过程进行了监测预警分析,单因素分析时发现支架在第二次砼浇筑过程19:00时处于了黄色预警状态,而多因素分析时较单因素分析早了约1小时发现支架异常,组织专人对支架异常原因进行了及时检查和解决,后续浇筑过程中支架均处于安全状态,符合该工程的实际施工情况。本研究的合理使用有效帮助了管理人员实时掌握现场安全情况,尽早发现和消除了施工风险隐患,极大提高了事故预防能力。