建筑用金屬護(hù)欄現(xiàn)場(chǎng)水平推力試驗(yàn)方法討論

李平 ，王俊 （安徽省建筑工程質(zhì)量第二監(jiān)督檢測(cè)站，安徽 合肥 230000）

1 引言

欄桿是建筑物、構(gòu)筑物以及橋梁結(jié)構(gòu)中重要的附屬構(gòu)件，它雖不影響主體結(jié)構(gòu)的受力性能，卻是關(guān)系使用者生命安全的關(guān)鍵構(gòu)件[1]。相關(guān)規(guī)范[2-4]對(duì)護(hù)欄荷載標(biāo)準(zhǔn)與承載能力均有明確規(guī)定。相關(guān)護(hù)欄檢測(cè)的工作也逐步得到重視。但針對(duì)護(hù)欄水平推力檢測(cè)目前國(guó)家及地方規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)僅有《建筑用玻璃與金屬護(hù)欄》（JG/T342-2012）、《重慶市建筑護(hù)欄技術(shù)規(guī)程》（DBJ50-123-2010）。本文針對(duì)兩本規(guī)范中檢測(cè)方法及試驗(yàn)特征進(jìn)行討論。

2 檢測(cè)單元選取

欄桿高度、長(zhǎng)短、扶手與立柱邊界條件等差異，導(dǎo)致各桿件在受力特征不同，試驗(yàn)檢測(cè)也應(yīng)做出相關(guān)調(diào)整。常見的護(hù)欄水平推力試驗(yàn)方法有截?cái)嗍綑z測(cè)、整體檢測(cè)[1]。

對(duì)長(zhǎng)度較大、立柱為主要承彎構(gòu)件的護(hù)欄，因荷載施加難度較大，常采用截?cái)喾椒ǎ厝∫欢巫o(hù)欄進(jìn)行檢測(cè)。《建筑用玻璃與金屬護(hù)欄》中對(duì)玻璃與金屬護(hù)欄采用的是截?cái)喾āＲ?guī)范中水平推力試驗(yàn)組件為三根立柱加扶手，詳見圖1所示。設(shè)計(jì)的均布水平推力采用兩個(gè)集中荷載進(jìn)行施加，荷載取值為F=qL/2（L為扶手整段長(zhǎng)度）。

對(duì)于長(zhǎng)度較短，扶手與立柱共同承彎的護(hù)欄，常選擇整體檢測(cè)方法。試驗(yàn)是以整片護(hù)欄自然（或獨(dú)立）段為試驗(yàn)對(duì)象，通過對(duì)其施加等效推力來檢測(cè)欄桿的抗推能力。該方法能夠直觀的反應(yīng)護(hù)欄整體受力狀況。

圖1 試驗(yàn)組件模型

《重慶市建筑護(hù)欄技術(shù)規(guī)程》中試驗(yàn)單元選擇方式為：凹陽臺(tái)一字型護(hù)欄，整個(gè)護(hù)欄作為一個(gè)單元；L型陽臺(tái)護(hù)欄，選受力不利的一方作為加載單元；凸陽臺(tái)的三方護(hù)欄選取受力最不利的一方作為加載單元[5]。

3 檢測(cè)方法討論

3.1 截?cái)喾z測(cè)

《建筑用玻璃與金屬護(hù)欄》中護(hù)欄水平推力試驗(yàn)在兩立柱扶手中部施加一個(gè)集中力F=qL/2，試驗(yàn)過程中檢測(cè)三個(gè)立柱頂部及扶手中部位移。

規(guī)范結(jié)論評(píng)判指標(biāo)為：護(hù)攔最大的相對(duì)水平位移值不應(yīng)大于30mm；扶手相對(duì)位移Ua、Ub不應(yīng)大于L/250；殘余撓度不應(yīng)大于L/1000,且不出現(xiàn)松脫或脫離。

為對(duì)該試驗(yàn)方法進(jìn)行討論分析，擬建一組護(hù)欄試件進(jìn)行分析對(duì)比。護(hù)欄具體參數(shù)為:立柱及扶手桿件為外徑60mm，壁厚3.0mm圓管,材質(zhì)為Q235，立柱間距1.0m，高度1.1m，立柱根部固結(jié)。荷載取值為1kN/m，集中荷載F取值1.0kN。

首先不考慮立柱影響，將立柱視為支座，僅考慮扶手，通過理論分析及有限元模型對(duì)比均布與集中荷載作用下護(hù)欄各力學(xué)參數(shù)，詳見表1所示。

在不考慮立柱變形對(duì)欄桿受力影響的對(duì)比模型中，可發(fā)現(xiàn)集中荷載在扶手跨中產(chǎn)生的撓度及彎矩值大于均布荷載模型計(jì)算結(jié)果。以簡(jiǎn)單的F=qL/2進(jìn)行試驗(yàn)荷載等效，通過對(duì)護(hù)欄扶手的相對(duì)位移進(jìn)行判定不科學(xué)。

通過有限元軟件建立整體組件模型，模擬分析集中與均布荷載產(chǎn)生力學(xué)效應(yīng)的差距，具體結(jié)果詳見表2所示。

由模擬分析對(duì)比可知，當(dāng)試驗(yàn)過程中使用兩點(diǎn)集中力等效模擬均布荷載進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，立柱根部彎矩、頂點(diǎn)位移差距不大，等效性較好。但等效集中力在扶手跨中產(chǎn)生的撓度與彎矩值與設(shè)計(jì)均布荷載的彎矩與撓度相差較大。因此規(guī)范[6]試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定中對(duì)扶手撓度Ua、Ub的是否滿足L/250評(píng)判不合理。

由模型計(jì)算值可知立柱位移遠(yuǎn)大于扶手相對(duì)位移，并且對(duì)于懸臂構(gòu)件的檢驗(yàn)中，懸臂頂部撓度更應(yīng)作為試驗(yàn)考察的重點(diǎn)。規(guī)范中對(duì)立柱等位移判定中提出了“任意位移值不應(yīng)超過30mm”。但實(shí)際工程中護(hù)欄高度一般1.1m～1.2m之間，30mm位移僅為懸臂構(gòu)件頂點(diǎn)相對(duì)位移的L0/37～L0/40，此限值過于寬松，偏不安全。

在《重慶市建筑護(hù)欄技術(shù)規(guī)程》中對(duì)于護(hù)欄試驗(yàn)中允許位移限制有以下明確規(guī)定，詳見表3。相關(guān)要求嚴(yán)于《建筑用玻璃與金屬護(hù)欄》中規(guī)定。

扶手簡(jiǎn)化模型計(jì)算 表1

試驗(yàn)組件模型計(jì)算對(duì)比 表2

護(hù)欄允許位移限值 表3

3.2 整體檢測(cè)法

《重慶市建筑護(hù)欄技術(shù)規(guī)程》采用三分點(diǎn)集中力加載模擬均布荷載進(jìn)行試驗(yàn)。為具體討論該方法，擬建一組護(hù)欄試件進(jìn)行分析對(duì)比。護(hù)欄總長(zhǎng)為3.2m，欄桿立柱間距為1.0m，高度1.1m，立柱與扶手采用外徑為60mm，壁厚3.0mm管材,材質(zhì)為Q235，扶手兩端及立柱底部連接分別采用固結(jié)或鉸接進(jìn)行對(duì)比。

①支座固結(jié)護(hù)欄：通過有限元不斷的調(diào)整集中荷載的大小，使其跨中位移與均布荷載相接近。此時(shí)集中力荷載值為1.08kN。其它力學(xué)響應(yīng)值詳見表4。

支座固結(jié)欄桿模型對(duì)比 表4

②支座鉸接型欄桿：通過有限元不斷的調(diào)整集中荷載的大小，使其跨中位移與均布荷載相接近。此時(shí)集中力荷載值為1.18kN。其它力學(xué)響應(yīng)值詳見表5。

通過均布荷載與集中力荷載模型對(duì)比可知，試驗(yàn)荷載會(huì)因護(hù)欄不同導(dǎo)致試驗(yàn)集中力荷載值不同。為了得到等效的位移值，需要不斷調(diào)整計(jì)算，得到確定試驗(yàn)荷載。

在位移等效滿足的情況下，護(hù)欄桿件彎矩與剪力卻差距較大。為完整準(zhǔn)確研究一組欄桿的各項(xiàng)性能需要多種工況去檢驗(yàn)。在《重慶市建筑護(hù)欄技術(shù)規(guī)程》試驗(yàn)結(jié)果評(píng)判中主要以撓度為檢驗(yàn)指標(biāo)，因此試驗(yàn)前需要對(duì)試驗(yàn)荷載及加載位置進(jìn)行分析。使其試驗(yàn)加載與設(shè)計(jì)荷載位移接近。但當(dāng)對(duì)剪力和彎矩進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，需另行分析設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

①試驗(yàn)前應(yīng)調(diào)查護(hù)欄受力特征、桿件支座及桿件間連接狀態(tài)，依據(jù)情況選擇截?cái)嗍交蛘w式試驗(yàn)方法。

②依據(jù)試驗(yàn)檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)（位移、彎矩、撓度或剪力），對(duì)試驗(yàn)荷載進(jìn)行分析計(jì)算，使其達(dá)到或接近設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)多項(xiàng)檢驗(yàn)?zāi)繕?biāo)無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)。因分多工況逐一組織試驗(yàn)。

③兩本規(guī)范[5-6]都是以撓度為主要檢驗(yàn)指標(biāo)，當(dāng)?shù)刃Ъ泻奢d撓度與設(shè)計(jì)荷載相近時(shí)，桿件的彎矩、剪力未必與設(shè)計(jì)指標(biāo)相近。故此不可用規(guī)范中的評(píng)定依據(jù)去評(píng)判桿件及支座承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

支座鉸接欄桿模型對(duì)比 表5