(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211341289.4 (22)申请日 2022.10.31 (71)申请人 天津城建大 学 地址 300380 天津市西青区津静 路26号 申请人 中铁建设集团华北工程有限公司 (72)发明人 张凌博　刘京红　程志敏　李文坡　 张国平　郭振乾　应丹林　杨鸿志　 费耀明　尹家璇　王太宁　孙俪珉　 余思雨　冯鹏龙　刘宇航　石文发　 常成鹏　王悦　冯磊　尚伟　 (74)专利代理 机构 北京智行 阳光知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11738 专利代理师 邓玉璞 (51)Int.Cl. G06F 30/10(2020.01)G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种脚手架 节点半刚性 值模拟测算方法 (57)摘要 本发明提供了一种脚手架节点半刚性值模 拟测算方法， 涉及脚手架测定领域， 用于模拟测 算试验构 件节点的半刚性值， 本发 明基于试验构 件建立节 点精细化有限元模型， 并对 试验构件的 各个组成部分进行网格划分， 确定各个相互连接 部分的约束关系， 再通过特定的计算方法模拟计 算节点的半刚性值， 有效提高了节 点半刚性值的 测量精度； 并且通过实际试验条件测定试验构 件 不同受力方向的半刚性值， 并将实际测得的力 矩‑转角曲线与模拟计算的力矩 ‑转角曲线进行 比对， 进而有效验证模拟得到的力矩 ‑转角曲线 与半刚性值准确性； 该节点半刚性值可用于补充 完善目前规范中给出的节点半刚性值数值不够 精确的问题。 权利要求书2页 说明书8页 附图8页 CN 115422619 A 2022.12.02 CN 115422619 A 1.一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 用于模拟测定试验构件节点的半刚性值， 而试验构件包括立杆、 水平杆以及销接组件， 所述水平杆 的端部通过销接组件与所述立杆 锁定连接， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤S1、 建立节点精细化三维几何模型； 基于试验构件的真实尺寸， 建立节点精细化三 维几何模型； 步骤S2、 建立节点精细化有限元模型； 根据试验构件的各个组成部分的拓扑结构特征 对步骤S1的节点精细化三 维几何模型进 行切割， 并对切割后的各个组成部 分进行精细化网 格划分， 生成节点精细化有限元模型； 步骤S3、 确定材料模型及参数； 设定步骤S2的节点精细化有限元模型的各个组成部分 的材料， 采用基于等向硬化 准则及关联流动法则的Mises模型描述材 料的弹塑性变形 行为； 步骤S4、 确定 接触模型及参数； 设定步骤S3的试验构件各个相互连接 部分的约束关系； 步骤S5、 施加边界条件； 在立杆和水平杆端面中心点处均通过耦合约束设置参 考点； 步骤S6、 对步骤S5处 理后的节点精细化有限元模型进行求 解， 得到求 解结果； 步骤S7、 对步骤S6的求解结果进行后处理， 即可得到节点的应力云图及力矩 ‑转角曲 线； 步骤S8、 获取实测的力矩 ‑转角曲线； 依据步骤S1的节点精细化三维几何模型， 按实际 试验条件测定试验构件节点的半刚性 值， 得到实测的力矩 ‑转角曲线， 步骤S9、 将步骤S8实测的力矩 ‑转角曲线与步骤S7模拟的力矩 ‑转角曲线进行比对， 用 于验证力矩 ‑转角曲线的准确性， 并获得节点的半刚性 值； 步骤S10、 调整试验构件， 使得试验构件与竖向方向形成不同的测试角度， 并依次重复 步骤5至步骤9。 2.根据权利要求1所述的一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 其特征在于， 所述销 接组件包括扣接头、 连接盘以及 插销， 所述扣接头与所述水平杆的端部固定连接， 所述连接 盘与所述 立杆同轴固定连接， 所述扣接 头通过插销与所述连接盘锁定 。 3.根据权利要求2所述的一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 其特征在于， 步骤S2 中立杆、 水平杆、 连接盘及 插销均采用八节点六面体线性减缩积分单元划分有限元网格， 而 扣接头采用十节点 二阶四面体单 元划分有限元网格。 4.根据权利要求2所述的一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 其特征在于， 步骤S3 中设定立杆的材料为Q355低合金钢， 弹性模量为206  GPa， 泊松比为0.3； 水平杆、 扣接头、 连 接盘及插销的材 料为Q235普通碳素结构钢， 弹性模量 为206 GPa， 泊松比为0.3 。 5.根据权利要求2所述的一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 其特征在于， 步骤S4 中连接盘与立杆、 扣接头与水平杆之间设为绑定约束； 而插销与连接盘、 插销与扣接头、 以 及扣接头与立杆之间设为表面对表面接触。 6.根据权利要求2所述的一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 其特征在于， 步骤S8 具体包括以下步骤： 步骤S8‑1、 立杆的两端通过可旋转调节的夹持机构锁定， 所述夹持机构带动试验构件 转动并锁定在设定角度， 而水平杆放置在加载机构上， 而加载机构间隔通过压力传感器以 设定推力值F向上推动水平杆； 步骤S8‑2、 在步骤S8 ‑1的立杆和水平杆的测量点上布设位移采集装置， 所述位移采集权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422619 A 2装置用于采集 立杆和水平杆 上测量点的位移； 步骤S8‑3、 通过步骤S8 ‑1中压力传感器测得施加在水平杆的推力值， 并计算节点的弯 矩M； 式中， F为加载机构施加在水平杆 上的推力， L 为水平杆推力作用点到节点处的距离； 步骤S8‑4、 通过步骤S 8‑2中位移采集装置采集测量 点的位移， 并计算节点的转角； 水平杆在施加推力后与水平方向产生的转角 为： 式中， ， 为水平杆从左至右两组水平采集点 的竖向位移值； ， 为水平杆上两组 水平采集 点到节点的距离； 立杆在施加推力后与竖直方向产生的转角 为： 式中， ， 为立杆从上至下两组竖向采集点 的水平位移值； ， 为立杆上两组竖向 采集点到节点的距离； 节点处的转角 为： ； 步骤S8‑5、 依据步骤S 8‑3的弯矩和步骤S 8‑4的转角绘制力矩 ‑转角曲线。 7.根据权利要求6所述的一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 其特征在于， 步骤 S8‑1中的夹持机构包括支撑组件和 槽钢部件， 所述槽钢部件与支撑组件相连接， 所述槽钢 部件夹持锁定立杆的两端， 并带动试验构件转动设定角度， 而支撑组件包括立柱和圆盘， 所 述圆盘与所述 立柱可拆卸固定连接， 所述槽钢部件与所述圆盘固定连接 。 8.根据权利要求7所述的一种脚手架节点半刚性值模拟测算方法， 其特征在于， 步骤 S8‑1中加载机构从下至上依次包括加载部件和限位部件， 所述限位部件抵住所述水平杆并 限制所述水平杆滑动， 所述加载部件的自由端通过压力传感器 向上推动所述限位部件， 所 述压力传感器用于测量加载部件施加在所述限位部件和水平杆的推力值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422619 A 3