附着式升降脚手架力学特性分析及其设计

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附着式升降脚手架作为建筑施工过程中所必须使用关键设备之一,具有操作简单、施工效率高、机械程度高等优点,在建筑施工准备中占据举足轻重的地位,尤其是随着建筑工业向超高层、大跨度、装配式建筑及绿色建筑方向发展,研究影响附着式升降脚手架安全性及可靠性设计的方法对于脚手架安全平稳运行具有重要的理论意义及工程应用价值。本文以附着式升降脚手架为研究对象,对其在不同工况、材料、截面尺寸、结构布局等状态下的力学特性进行分析研究及优化设计。主要研究工作如下:(1)附着式升降脚手架的结构设计的理论研究。利用Solidworks建立附着式升降脚手架三维模型,确定脚手架所承受的恒载、风载荷、施工活载荷以及荷载分项系数,并结合工程实际对其主要关键部位进行理论校核,设计达到强度、刚度及稳定性的使用要求。(2)附着式升降脚手架在不同工况下的静力学特性研究。利用有限元分析软件ANSYS对脚手架主体结构在提升工况及使用工况的静力学进行仿真模拟,得到脚手架主要结构的应力、应变及位移等结构特性及载荷的传递路径等,指出脚手架在运行过程中结构变形及应力较大部位;研究风载荷对脚手架不同工况影响机制,结果表明提升工况对风载荷更为敏感,考虑风载荷时的变形及应力等结果远大于不考虑风载时的结果。(3)附着式升降脚手架在不同工况下动力学特性研究。对脚手架进行预应力模态分析,得到脚手架的振型及固有频率,揭示脚手架结构薄弱环节,结果表明提升工况易发生共振现象,为脚手架的减振抑振等方面的研究奠定理论基础;对脚手架进行屈曲分析,得到脚手架的屈曲载荷因子及屈曲振型,揭示了脚手架在提升工况易发生失稳状态的原因。(4)附着式升降脚手架结构参数与其静刚度及刚度质量比的作用机制研究。增大弹性模量对于应力分布基本无影响;脚手架壁厚在达到一定值时,结构的静刚度保持不变,刚度质量比随着壁厚的增大而减小;增加脚手架斜向支撑筋比增加纵向支撑筋在提高刚度质量比方面效果好;该研究为提高脚手架工作可靠性和寿命预测提供了重要的参考及技术支撑。
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