【博士】建筑施工模板支撐體系可靠性研究

內容簡介

　　本文以建筑結構施工期模板支撐體系為主要研究對象，系統(tǒng)地分析和總結了國內外研究現狀及發(fā)展趨勢，并在施工現場調研和試驗研究的基礎上，對模板支撐體系的扣件抗滑承載力和抗扭性能、穩(wěn)定承載能力、施工過程中的時變體系可靠性、人為錯誤發(fā)生規(guī)律和影響程度、人為錯誤影響下體系可靠性、以及安全風險評估等一系列問題進行了較深入的研究和討論。并針對傳統(tǒng)蒙特卡羅可靠度分析方法的不足，提出了基于LS-SVM的結構可靠度響應面分析方法。本文的主要研究成果的概述為以下幾個方面： (1)根據施工現場的調查研究，較系統(tǒng)地分析和總結了模板支撐體系施工過程中人為錯誤規(guī)律。通過現場數據實測、試驗研究和統(tǒng)計分析，建立了鋼管外徑和壁厚、不同部位扣件螺栓擰緊扭力矩、搭設步距和立桿間距等參數的概率模型，得到了各種人為錯誤的發(fā)生率，確定了對不同扣件螺栓擰緊扭力矩情況下，扣件的抗滑承載力的統(tǒng)計模型和抗扭剛度模型。 (2)在分析現有規(guī)范存在不足的前提下，對國內常用的模板支撐體系的穩(wěn)定承載能力進行了理論分析。基于扣件抗扭性能的試驗研究成果，提出了考慮扣件半剛性和初始缺陷影響的三維有限元模型。利用該模型進行線性屈曲和非線性屈曲分析，有限元計算結果表明非線性屈曲的分析方法能考慮諸多不利因素應優(yōu)先采用，具有一定的安全度。因而采用非線性屈曲分析方法，計算了不同搭設參數下模板支撐體系的穩(wěn)定承載力。為便于施工人員查詢，將模板支撐體系的穩(wěn)定承載力轉換為單桿的計算長度系數。分析了不同初始缺陷、扣件半剛性、扣件擰緊力矩和搭設高度對支模架穩(wěn)定承載力的影響。 (3)以高層現澆鋼筋混凝土無梁樓蓋結構為對象，進行鋼筋混凝土結構和模板支撐體系相結合施工期結構時變可靠性分析。結果表明施工期結構的失效概率遠大于使用期間；模板支撐體系的失效主要受模板底部水平桿與立桿連接處的扣件抗滑承載力控制。同時分析了模板支撐方案和施工活荷載對施工期結構體系可靠度的影響。 (4)大量建筑工程事故表明人為錯誤是導致結構失效的主要原因之一。在實際數據較少的條件下，通過現場調查、試驗研究和相關文獻，本文采用了HRA法模擬了混凝土結構和模板支撐體系在施工過程中人為錯誤發(fā)生及其對結構參數的影響。 (5)文中采用了蒙特卡羅數值模擬方法進行系統(tǒng)可靠性的計算和人為錯誤發(fā)生及其對結構參數影響的模擬。為確定人為錯誤的影響程度，比較分析了無人為錯誤和有人為錯誤影響下施工期結構體系的可靠性，并且確定了多層建筑結構模板支撐體系施工過程中的檢查重點和控制內容。 (6)為了盡可能地避免事故的發(fā)生，對模板支撐體系安全風險評估已成為各施工管理企業(yè)日益關心的問題。本文提出了模板支撐體系的模糊灰關聯安全風險綜合評估方法，其中模糊數距離分別采用平面距離和格距離表示。將指標標準值和指標的評分值均視為模糊數，能較好的考慮客觀事物本身的復雜性及固有的模糊不確定性，從而使多層次灰關聯分析更為科學，更加接近實際。 (7)提出了一種基于LS-SVM的結構可靠度響應面分析方法，來求解這種功能函數不能明確表達的可靠性問題。結合LS-SVM的高度的非線性映射能力和小樣本的學習能力，來逼近結構響應量與隨機變量的關系，可以大量減少傳統(tǒng)響應面可靠性分析方法的計算次數和計算時間；可直接使用現有的確定性結構分析程序而無需任何改動；數值結果表明所提出的方法具有較好的效率和精度，且具有一定的廣泛性和實用性。本論文得到了國家建設部軟科學研究項目(05-R1-13)“建筑施工安全風險分析與控制”和浙江省建設廳科研項目(建科發(fā)[2003]226號)“扣件式鋼管支模承重腳手架施工風險與應用”的支持。　　......　　共124頁編制于2006年

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