碗扣式钢管脚手架半刚性使用Combin39来实现

    碗扣式钢管脚手架是指采用碗扣式节点连接的钢管脚手架和模板支架的总称。其碗扣节点由上下碗扣、横杆接头、上碗扣限位销等构成，如图。支架组装时，将横杆接头下半部插入到下碗扣中，将上碗扣落下卡住横杆接头上半部，并用限位销卡住即可。

       模板支撑架的横杆与立杆的节点既不是铰接形式，也不是刚接形式，而是介于它们之间，且弯矩与转角的关系不是线性的，人们称模板支撑架节点的这种性质为节点的半刚性，基于节点半刚性所建立的模型称为半刚性模型。由于模板支撑架节点拥有这种性质，当模板支撑架在受到竖向荷载而发生弯曲时，横杆对立杆的弯曲具有一定的阻碍作用，其稳定承载力要大于铰接模型与排架模型，但小于刚接模型。

        Q235钢管的弹性模量取2.1e11，泊松比取0.3，密度取7800，碗扣抗弯刚度平均值为。在此模型中，横杆在横杆与立杆共同平面内的转动刚度定义为130KN·m/rad，由试验可知，横杆在立杆垂直平面内的转动刚度约为横杆在横杆与立杆共同平面内的转动刚度的7%到20%，此模型中设定此方向的刚度为碗扣抗弯刚度平均值的13.5%，即17.55KN·m/rad。

       此问题的难点就在于如何实现横杆在两个平面内的转动刚度不同，我们这里考虑实用Combin39单元，在杆链接节点处需要做的设置见下图。

     在Combin39中，转动刚度K=M/θ，当弯矩值取0时，刚度等于0，即节点处是铰接。当弯矩取很小的值，转角取很大值的时候，可以得到一个特别大的刚度，此时节点的受力状况接近于刚接。当K介于它们之间的时候，节点既不是刚接，也不是铰接，而是介于它们之间，即为半刚性节点。可实现此问题的要求。

       选择好了方法之后要建立简单的模型（如下图）进行测试，因为在大模型中（如上图）进行调试很浪费时间。我们按照横杆在横杆与立杆共同平面内的转动刚度130KN·m/rad，横杆立杆垂直平面内的转动刚度17.55KN·m/rad，进行设置。

   上图在自由端节点4施加Y和Z方向同样大的载荷（10KN），横杆在Y方向的位移下左，横杆在Z方向的位移下右。

     因为在节点处，横杆在横杆与竖杆共同面内的转动刚度大于在竖杆的垂直面内的转动刚度，所以自由端在Y方向的位移小于在Z方向的位移，这么说我们设置的没有错误，可以进行复杂模型的分析了。

   今天就到这里，下次分享对复杂模型进行特征值屈曲分析、非线性屈曲分析以及不同节点刚度对结构稳定承载力的影响，最后介绍不同钢管壁厚对碗扣式模板支撑架稳定性的影响。

   See you next time !