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危岩施工脚手架计算与设计关键问题研究

作　者: 杨广
导　师: 唐红梅; 陈洪凯
学　校: 重庆交通大学
专　业: 岩土工程
关键词: 危岩脚手架稳定性分析振型分解法钻机施工动力荷载西部山区
分类号: TU731.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在我国西部山区，由于山高坡陡，广泛分布着大量高位危岩，在其治理过程中存在很大的难度和风险。而扣件式钢管脚手架作为最常用的危岩施工工作平台，对其稳定性进行研究和分析，是保证危岩治理工程安全施工的基础。特别是进行钻机钻进施工时，极易造成危岩脚手架结构的晃动，甚至可能引起脚手架整体倾覆等安全事故的发生。本文在总结前人研究成果的基础上，先采用理论推导与数值模拟相结合的研究方法探讨水平横向荷载对竖向荷载下脚手架立杆稳定性的影响，然后结合扣件的力学特性分析，对钻机施工动力荷载下脚手架的计算模型进行对比和探讨。最后，通过理论推导钻机施工动力荷载下脚手架的力学特性及其影响因素，并结合算例分析，对危岩脚手架进行承载力计算和稳定性验算。主要研究内容及成果如下：（1）推导仅竖向荷载作用条件下，或水平横向荷载与竖向荷载共同作用下危岩脚手架立杆的临界荷载，并通过ANSYS软件进行了一定竖向荷载条件下，横向荷载的变化对立杆稳定性的影响程度的敏感性分析。结果表明：水平横向荷载并不影响危岩脚手架立杆的竖向稳定承载力，但横向荷载会引起立杆的附加轴力，且随着横向荷载的逐渐增大，这种附加轴力会呈非线性急剧增大，使立杆可能在达到竖向临界荷载前失稳与破坏。（2）基于危岩脚手架的扣件连接特性的探讨，通过Midas Civil软件建立了计算模型，对比分析钻机施工动力荷载作用下考虑扣件“半刚性”特性的半刚性模型以及不考虑其扣件“半刚性”特性的完全铰接模型。对比分析后发现，在相同荷载条件下，铰接模型的节点水平位移值和应力值均比对应的半刚性模型的计算值大；但铰接模型的平面外弯矩明显比半刚性模型计算值偏小，是偏于不安全的。（3）采用振型分解法求解钻机施工动力荷载下危岩脚手架振动微分方程的解析解，并对求得的脚手架模型各节点水平位移值进行分析。并通过改变钻机作业层位置，探讨钻机施工荷载位置对脚手架稳定性的影响。最后结合万州太白岩危岩体为例，对危岩脚手架的承载力和整体稳定性进行验算，并将钻机施工动力荷载进行拟静力化，以便于进行连岩件的设计计算与变形验算。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 研究的目的和意义  8
  1.2 国内外研究现状  8-15
    1.2.1 基本构造  10-11
    1.2.2 计算模型  11-12
    1.2.3 立杆屈曲稳定研究  12-13
    1.2.4 扣件的“半刚性”特性研究  13-15
  1.3 论文研究内容、方法及思路  15-17
第二章危岩脚手架立杆稳定性分析  17-30
  2.1 概述  17
  2.2 各向荷载作用下危岩脚手架的力学响应  17-21
    2.2.1 横向荷载  17-19
    2.2.2 竖向荷载  19-20
    2.2.3 横向荷载和竖向荷载共同作用下的稳定性  20-21
  2.3 计算算例  21-26
    2.3.1 ANSYS 有限元计算模型  22-24
    2.3.2 计算结果分析  24-26
  2.4 横向荷载对立杆竖向轴力的影响分析  26-29
  2.5 小结  29-30
第三章危岩脚手架扣件连接的半刚性特性研究  30-48
  3.1 扣件转动刚度试验  30-32
  3.2 半刚性节点的数值模拟  32-33
  3.3 考虑连接特性的脚手架数值模型  33-47
    3.3.1 建立脚手架模型  33-34
    3.3.2 自振频率和模态  34-38
    3.3.3 结果分析  38-47
  3.4 小结  47-48
第四章扣件式钢管脚手架动力稳定性分析  48-67
  4.1 计算模型  48-50
  4.2 模型分析  50-55
  4.3 脚手架各节点水平位移图及分析  55-66
    4.3.1 各节点水平位移时程曲线  55-65
    4.3.2 数据分析  65
    4.3.3 脚手架最不利载荷状况  65-66
  4.4 小结  66-67
第五章钻机荷载对危岩脚手架稳定性的影响分析  67-75
  5.1 危岩脚手架计算模型  67-68
  5.2 无连岩件约束下钻机位置对节点水平位移的影响分析  68-71
  5.3 有连岩件约束下钻机位置对节点水平位移的影响分析  71-73
  5.4 相同钻机位置下节点水平位移的比较分析  73-74
  5.5 小结  74-75
第六章算例分析与设计要点  75-80
  6.1 荷载标准值  75
  6.2 承载力计算  75-77
    6.2.1 横向水平杆计算  75-76
    6.2.2 纵向水平杆计算  76
    6.2.3 扣件抗滑承载力验算  76
    6.2.4 立杆稳定性计算  76-77
    6.2.5 立杆地基承载力计算  77
  6.3 钻机施工荷载计算和连岩件计算  77-78
  6.4 设计要点  78-80
第七章结论与展望  80-82
  7.1 主要结论  80
  7.2 进一步研究的问题  80-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
攻读学位期间参加的科研项目及发表的论文  87

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