模板支架作为混凝土结构施工过程中的临时承重结构,在保证施工进度及安全方面起到了不可替代的作用,因此掌握其性能可在施工中充分发挥预分析作用,进行优化方案设计,确保工程顺利施工。通过对扣件式模板支架和插口式钢管模板支架的数值分析、试验研究和现场应用测试,全面地掌握了这两种形式模板支架的承载及工程应用特点。目前国内已有大量的文献阐述了扣件式、碗扣式及插销式钢管模板支架性能的研究方法和成果,本文参考已有研究方法和成果进行深入的分析研究。为详尽地掌握模板支架的承载特性,本文进行了扣件式模板支架节点试验、平面架试验、整架试验和插口式钢管模板支架单元架试验等室内试验研究,得到这两种形式的模板支架在不同工况下的极限承载性能及破坏模式,同时对节点刚度进行了半刚性界定;运用有限元软件ANSYS对不同形式的模板支架进行了有限元模拟,通过数值分析得到与试验结果之间的差距,并确定合理可靠的数值分析参数;运用区间数理论和凸分析方法对节点的刚性程度进行量化分析,以定量化的节点刚度控制模板支架搭设过程,摆脱以经验为主的传统施工方法,确保其承载力与稳定性;对使用不同形式模板支架的三个施工案例进行分析,掌握其在现场复杂条件下的应用性能,为类似工程的施工提供一定的指导。通过研究得出以下结论:(1)通过扣件式模板支架节点试验研究,得出立横杆连接节点为典型的半刚性连接,运用MATLAB回归出不同扣件拧紧力矩下的节点初始刚度,其刚度值差异较大;且通过数据分析知节点刚度在20~60kN·m/rad范围内变化时,对模板支架承载极限承载力的影响较大,超出此范围时对极限承载力的影响并不显著。(2)通过扣件式模板支架平面架试验研究,指出模板支架的抗侧移能力受到架体跨数、步距、剪刀撑和节点刚度的影响,其中最显著的影响因素为竖向剪刀撑,故在模板支架中不能忽视剪刀撑的作用。得到水平荷载作用下平面架的节点弯矩与节点刚度之间的关系,掌握了模板支架存在缺陷时的抗侧移承载能力,并且运用区间数理论及凸方法进行承载力的求解,为模板支架节点刚度分析提供了一种新思路。(3)扣件式模板支架整架试验研究中,除工况1外的其他工况的破坏模式均为达到屈曲荷载后的瞬间失稳,其原因为各个架体在剪刀撑的拉结作用下呈现较好的整体稳定性,钢管临近屈服才导致架体的瞬时破坏;剪刀撑的设置对提高整架的承载力、改变失稳模态和限制整架的最大变形量等发挥了很大的作用;外立面设置垂直剪刀撑后将模板支架变成一个封闭的整体,极大的提高了支架的整体刚度,从而提高了其承载力,如工况3-2的承载力是工况1的2.3倍。(4)通过插口式钢管模板支架基本受力单元架试验研究,掌握了其受力性能,指出在立杆纵横间距均较小且横杆插头楔紧度较大时单元架的承载力较大,相反情况下立杆纵距较大且横杆插头楔紧度较小时单元架的承载力较小。分析立杆间距和横杆插头楔紧度对单元架的影响知:立杆间距是影响模板支架承载力的主要因素,立杆间距越大承载力越小;横杆插头楔紧度对于单元架承载力的影响取决于单元架中立杆的纵横间距,立杆间距越大其影响越显著。(5)对插口-扣件混合式、扣件式和碗扣-扣件混合式模板支架的现场监测研究知,不同的现场施工条件对模板支架的需求各不相同:扣件式模板支架比较灵活,可设置各种纵横距和步距,但容易造成扣件丢失等浪费现象;碗扣式模板支架与插口式模板支架均为定型构件,其立横杆节点为轴心传力,受力更为合理,安装拆除方便快捷,施工效率高;但碗扣式模板支架与扣件式模板支架的钢管规格均为固定模数,不能满足特殊结构的使用要求,而以碗扣架或插口架为基本架体,间隔扣接上扣件架可灵活的改变整架的立杆间距及步距,达到满足不同现场条件的需求。