创新免落地支撑：可伸缩双桁架设计

一、计算任务描述

1.研究背景

教学楼、宿舍楼、病房、高层办公楼等楼板跨度多为3.2m~4.2m，无法避免大面积搭设临时支撑；落地临时支撑的搭设，受限于下层楼板的砼浇筑养护完成的时间点，影响施工进度；当公建项目首层层高较高（大于4.5m）时，落地临时支撑搭设费用和风险都将翻倍，如涉及高支模还需要组织专家评审；全现浇楼板与钢结构的施工效率不匹配，落地支撑影响外墙安装效率。

2.研究的工程价值和意义

可伸缩式双榀桁架免落地临时支撑为免落地支撑第三版迭代成果，解决了常规落地支撑对施工进度和施工作业空间的不利影响，解决了全现浇楼板的施工效率低的问题。新型可伸缩免落地楼板临时桁架支撑可对超过楼板类型最大适用跨度的现浇楼板提供临时支撑。其特点是：支撑结构不落地，且适用两端等高或不等高钢梁；可以调节长度，适用于3.6m~4.2m的楼板跨度；可快捷高效地安装和拆卸；能够多次循环使用。

免落地支撑，解决了支撑受下层混凝土浇筑养护的时间点制约，加快施工进度；楼板的施工进度可以快约17%（以4层教学楼为例），工期缩短的比例基本为原工期的47%；对于层高较高的楼层，免落地支撑可以避免高支模的风险；利用结构已有钢梁支撑，不占用楼层空间，提供了多工种交叉作业的施工界面；上层楼板的施工，无需等下层楼板的砼浇筑养护；研究成果应用成熟，可以进行外部推广，创造收益。

3.任务

利用ABAQUS通用有限元计算程序对可伸缩免落地楼板临时桁架支撑进行均布荷载下的承载力分析；对有侧向约束和无侧向约束两种情况分别进行建模分析，为理论计算结果和工程应用提供参考。

二、仿真计算采用的设备基本情况

处理器为 Intel(R) Core(TM) i7-4790 CPU @ 3.60GHz   3.60 GHz

机带RAM：  16.00 GB

系统类型：64 位操作系统, 基于 x64 的处理器

三、计算模型的处理技术

模型采用非线性隐式方法求解。上弦、下弦、垫板、销轴、螺栓均采用8节点六面体线性减缩积分的三维实体单元（C3D8R），并进行沙漏控制；腹杆桁架钢筋选取2节点线性三维桁架单元（T3D2）。模型采用了结构化与扫掠式结合的网格划分技术。

销轴和支撑端部的拉力螺栓与支撑之间采用绑定（Tie）约束模拟，上、下弦中的插接部位采用绑定（Tie）约束模拟；腹杆桁架钢筋与上、下弦之间采用绑定（Tie）约束模拟；插接部分下弦与上弦连接部位采用绑定（Tie）约束模拟；插接部分端部下侧垫板与上弦采用绑定（Tie）约束模拟。加载点与双榀腹杆桁架的上弦上表面进行耦合约束。

（a） 上弦

（b） 下弦

（c） 腹杆

（d） 垫板

（e） 销轴与螺栓

图1 部件

图2 单元网格划分

四、方法计算的机时耗费情况

该模型计算效率和精度较高，在处理器为 Intel(R) Core(TM) i7-4790 CPU @ 3.60GHz   3.60 GHz，内存为16.00 GB， 64 位Windows操作系统（基于 x64 的处理器）下，由于建模过程较精细，耗费时间略长，约4小时。此模型采用了多种单元类型，计算复杂程度略高，多次计算无法收敛，经反复调试后，单个模型提交作业后需20分钟左右可获得模型计算结果。

五、仿真计算的结果分析

（一）侧向约束模型应力与变形

1. 整体应力分布与变形

图3 整体应力分布与变形

2. 中间段应力分布与变形

图4 中间段应力分布与变形

3. 插接段应力分布与变形

图5 插接段应力分布与变形

4. 端部应力分布与变形

图6 端部应力分布与变形

5. 受拉螺栓应力分布与变形

图7 受拉螺栓应力分布与变形

6. 连接部位应力分布与变形

图8 连接部位应力分布与变形

7. 销轴应力分布与变形

图9 销轴应力分布与变形

（二）无侧向约束模型应力与变形

1. 整体应力分布与变形

图10 整体应力分布与变形

2. 中间段应力分布与变形

图11 中间段应力分布与变形

3. 插接段应力分布与变形

图12 插接段应力分布与变形

4. 端部应力分布与变形

图13 端部应力分布与变形

5. 受拉螺栓应力分布与变形

图14 受拉螺栓应力分布与变形

6. 连接部位应力分布与变形

图15 连接部位应力分布与变形

7. 销轴应力分布与变形

图16 销轴应力分布与变形

图17 有侧向约束的可伸缩支撑荷载位移曲线

图18 无侧向约束的可伸缩支撑荷载位移曲线

表1  可伸缩临时支撑承载力计算结果

六、结论

1. 有侧向约束的可伸缩支撑在荷载作用下，支撑端部及插接连接部位出现变形，插接处插接段上弦、双榀腹杆桁架下弦端部、销轴变形相对明显；插接段上、下弦发生侧向失稳。

2. 无侧向约束的可伸缩支撑在荷载作用下，支撑端部、插接段上弦、双榀腹杆桁架下弦端部、销轴变形相对较大；支撑整体的上、下弦发生侧向失稳。

3. 有侧向约束的可伸缩支撑支撑承载力相对无侧向约束的可伸缩支撑较高；有侧向约束的可伸缩支撑支撑极限承载力为26.98kN，无侧向约束的可伸缩支撑极限承载力为23.14kN，表明侧向约束对支撑承载力影响较明显。

4. 有侧向约束的可伸缩支撑支撑达到极限荷载后承载力下降较慢，承载力不明显降低而位移继续增大，延性较好；无侧向约束的可伸缩支撑支撑达到极限荷载后承载力迅速下降，而位移无增加，发生整体侧向失稳。

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