承插型盘扣式钢管支架作为临时性装配的薄壁细长钢结构体系，构件强度高，但刚度小。斜杆是保证支架结构整体性的关键构件，对结构稳定承载力影响显著 ^[1,2,3]。

　　 斜杆通过盘扣接头承插于立杆连接盘上，力学模型可简化为二力杆。由于斜杆与连接盘的承插连接存在构造间隙，与立杆轴线存在偏心，同时在扣接头处存在的截面变形削弱，造成其轴向刚度削弱较大。对承插型盘扣式钢管支架进行计算分析和设计时，应考虑斜杆轴向刚度下降对稳定承载力的影响。

　　 本文在承插型盘扣式钢管支架架体荷载试验基础上，得出了架体整体稳定承载力计算方法。对比架体有限元模型计算结果和试验数据，分析了斜杆轴向刚度对架体结构稳定承载力的影响，给出了拟合于试验结果的斜杆轴向刚度折减系数。

　　 试验架体采用A型承插型盘扣式钢管支架 ^[4]，构件规格及材质如表1所示。试验架体东西方向设2跨，南北方向设1跨，垂直方向设3步，以使试验架体具有明确的屈曲侧移方向。试验架体整体尺寸为1 200mm×2 400mm×4 630mm。

　　 分2个工况进行荷载试验，2种工况试验架体构件布置如图1所示。立杆与水平杆节点属于半刚性连接 ^[5,6,7,8]，其节点抗扭刚度对架体稳定承载力存在影响，故工况1试验架体不设置斜杆，通过比较分析其稳定承载力试验值与有限元分析值，以确定架体节点抗扭刚度。工况2试验架体在工况1试验基础上，设置纵、横向竖向斜杆，以研究斜杆对架体结构稳定承载力的影响。

　　 在试验架体标高为1.930m的6个盘扣节点处南北方向设置拉线位移计，测量立杆横向侧移。在底层盘扣节点以上150mm处的立杆南北侧粘贴应变片，以测量立杆轴力。

　　 试验架体不考虑水平荷载作用，仅考虑竖向荷载作用，采用压剪长柱试验机，通过三级分配钢梁将竖向荷载均等分配给试验架体的6根立杆，三级分配钢梁如图2所示。

　　 试验加载形式为分级加载，荷载初期每级加载30kN，荷载达到预估值的70%后，每级加载10kN，达到初步计算值80%左右后，每级加载5kN。试验过程中每级加载完毕，待采集数据稳定后进行下一级加载，直至架体失稳屈曲破坏，停止试验。

　　 试验架体失稳屈曲破坏判定标准为:(1)架体构件出现肉眼明显可见的侧移、弯曲等变形破坏情况;(2)在某一级荷载作用下，架体位移、应变数据一直不能稳定;(3)测点荷载-位移曲线趋于水平发展。

　　 各工况试验架体6个测点荷载-位移曲线变化趋势一致，以其平均值代表架体整体侧移。两种工况的试验架体荷载-侧移曲线如图3所示。

　　 架体结构失稳屈曲形式为整体屈曲，屈曲方向为横向，全过程可分为3个阶段。

　　 1)第1阶段架体荷载小于0.7～0.8P_cr时，荷载-侧移曲线基本呈线性增长，曲线斜率下降很小，荷载移除后，架体结构可以恢复到原始状态，此阶段为弹性阶段。

　　 2)第2阶段架体荷载处于0.7(0.8)～0.95P_cr，荷载-侧移曲线急速弯曲转折，曲线斜率快速下降到趋于0值附近，此阶段为屈服阶段。

　　 3)第3阶段架体荷载>0.95P_cr之后，荷载-侧移曲线沿斜率趋于0值的直线发展，直至架体失稳屈曲破坏，此阶段为屈曲破坏阶段。

　　 2种工况下试验架体荷载-侧移数据表明:斜杆设置可显著增强架体抗侧刚度，减少架体的侧向位移，提高架体稳定承载力。

　　 2种工况试验架体极限稳定承载力试验值如表2所示。设置斜杆使试验架体极限稳定承载力提高约2.68倍。

　　 以试验架体为原型，采用有限元软件ANSYS创建两种工况试验架体有限元模型。

　　 架体立杆底部与试验平台连接处不传递弯矩，边界条件为铰接。分配钢梁对立杆顶部有侧向的约束，边界条件同样为铰接。

　　 立杆和水平杆采用beam189梁单元，斜杆采用link8杆单元，材料为理想弹塑性，材料模型采用双线性等向强化模型BISO，材料弹性模量取2.06×10⁵N/mm²，应变硬化模量取0，屈服准则采用Mises屈服准则。立杆屈曲强度取345N/mm²，水平杆屈服强度取235N/mm²，斜杆屈服强度取195N/mm²。盘扣式节点处，采用combin14线性弹簧单元模拟立杆与水平杆的半刚性连接。架体初始垂直度偏差取试验架体实测值10mm，立杆初始弯曲取限值1.5mm ^[9]。

　　 改变工况1试验架体有限元模型的节点抗扭刚度，创建9组不同参数有限元模型进行非线性屈曲分析。有限元模型失稳屈曲模态与试验结果一致，为整体侧移失稳，最大侧移位于架体弱侧中部。各有限元模型极限稳定承载力如表3所示。节点抗扭刚度为40kN·m/rad时，有限元数值分析结果与试验结果最为吻合，与规范 ^[9]关于承插型盘扣式钢管支撑结构节点抗扭刚度的规定一致。

　　 实际工作状态下的斜杆，由于存在与连接盘的承插连接间隙、与立杆轴线的偏心和在盘扣接头处的截面变形，其轴向刚度削弱较大。在进行架体数值计算时，应对斜杆轴向刚度进行折减修正，以符合斜杆的实际工作性能。取斜杆轴向刚度修正值为:

　　 式中:k为斜杆轴向刚度修正值;η为斜杆轴向刚度折减系数;E为斜杆弹性模量;A为斜杆截面面积。

　　 改变工况2试验架体有限元模型的斜杆轴向刚度折减系数，创建8组不同参数有限元模型进行非线性屈曲分析。有限元模型失稳屈曲模态与试验结果一致，为整体侧移失稳，最大侧移位于架体弱侧中部。各有限元模型极限稳定承载力如表4所示。斜杆轴向刚度折减系数取0.03时，有限元数值分析结果与试验结果最为吻合，误差为0.9%。

　　 试验架体稳定承载力与斜杆轴向刚度折减系数呈明显的非线性关系:斜杆轴向刚度折减系数<0.02时，曲线近似呈线性增长;斜杆轴向刚度折减系数位于0.02～0.1时，曲线迅速弯曲转折，斜率快速减小并趋于0;斜杆轴向刚度折减系数>0.1后，架体稳定承载力变化很小，最大变化幅度仅为0.95%，曲线近似呈水平发展。采用指数函数数学模型拟合斜杆轴向刚度折减系数与架体稳定承载力的关系。拟合曲线如图4所示，拟合函数为:

　　 式中:P_cr为架体稳定承载力极限值;η为斜杆轴向刚度折减系数。拟合函数适应范围为0≤η≤0.1。

　　 不同工况的承插型盘扣式钢管支架荷载试验结果表明:设置斜杆可显著增强架体抗侧刚度，提高架体稳定承载力。

　　 承插型盘扣式钢管支架试验与有限元数值计算的对比分析结果表明:架体稳定承载力与斜杆轴向刚度呈明显的非线性关系;实际工作状态下的斜杆存在轴向刚度削减现象，对架体进行计算分析和设计时应予以考虑;斜杆轴向刚度折减系数取0.03时，架体结构有限元数值计算值与试验值吻合较好。