初始缺陷视角下高大模板支架承载力理论分析与优化设计

张开发
• 2026/4/12 21:02:10 • 15 分钟阅读

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初始缺陷视角下高大模板支架承载力理论分析与优化设计
初始缺陷视角下高大模板支架承载力理论分析与优化设计摘要高大模板支架作为建筑施工中的关键临时结构，其稳定性直接关系到施工安全与工程进度。然而，初始缺陷的存在显著降低了支架的实际承载力，成为导致坍塌事故的主要诱因。本文系统研究了扣件式与盘扣式钢管模板支架考虑初始缺陷的承载力计算方法，梳理了立杆初弯曲、搭设偏差、节点刚性及钢管壁厚不足四类缺陷的统计特征与取值标准。在此基础上，基于非线性有限元理论建立了包含几何初始缺陷的数值分析模型，给出了完整的ANSYS参数化设计语言（APDL）代码，实现了特征值屈曲分析、一致缺陷模态法引入及非线性后屈曲路径追踪的全流程计算。通过参数分析揭示了缺陷幅值对立杆稳定系数的影响规律，提出了承载力折减系数拟合公式。进而从构件选型、布局优化、节点加强及监测控制四个维度构建了系统的优化设计策略。研究表明，当初始弯曲率由L/1000增至L/500时，立杆极限承载力折减幅度可达15%~25%，合理控制初始缺陷可将支架承载力恢复至理论值的85%以上。研究成果可为高支模专项方案编制与施工质量控制提供理论依据和技术支撑。关键词：高大模板支架；初始缺陷；极限承载力；非线性有限元；优化设计；稳定系数1 引言高大模板支架是指在建筑工程中搭设高度超过8m、跨度超过18m或施工总荷载大于15kN/m²的模板支撑体系。近年来，随着城市大型公共建筑、交通枢纽及工业厂房的快速建设，高支模工程日益增多。然而，模板支架坍塌事故频发，造成严重的人员伤亡和经济损失。据统计，2000—2015年间我国发生的模板支架坍塌事故中，超过70%与支架承载力

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