非標(biāo)大噸位橋面吊機(jī)荷載試驗(yàn)方法及實(shí)踐

金東華

1. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002；2. 上海預(yù)制拼裝橋梁建造產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟 上海 200433

1 橋面吊機(jī)結(jié)構(gòu)概況

上海閔浦大橋主跨橋面吊機(jī)采用專門設(shè)計(jì)的非標(biāo)大噸位橋面吊機(jī)（圖1）。采用塔索梁預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)，所有連接點(diǎn)均為鉸接，吊機(jī)全長(zhǎng)約43 m，塔高9 m。吊機(jī)前支點(diǎn)位于主橫梁上，后錨點(diǎn)錨固于橋面吊耳。橋面吊機(jī)額定起重量為260 t，背索需按設(shè)計(jì)張拉至70 t。

圖1 橋面吊機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過橋面吊機(jī)的荷載試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，檢查各控制點(diǎn)的應(yīng)力、變形是否在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)或者規(guī)范許可范圍內(nèi)；同時(shí)驗(yàn)證理論分析模型的可靠性。

3 試驗(yàn)方案

3.1 試驗(yàn)方法

本次荷載試驗(yàn)加載方式擬采用2臺(tái)吊機(jī)相互對(duì)拉的方式進(jìn)行加載，考慮到吊機(jī)鋼塔較高，必須將吊機(jī)橫置于地面支撐點(diǎn)上，進(jìn)行水平加載。吊機(jī)最不利工況為標(biāo)準(zhǔn)段的吊裝，因此測(cè)試工況模擬標(biāo)準(zhǔn)段吊裝[1-4]。

3.2 試驗(yàn)荷載

試驗(yàn)最大荷載取用吊機(jī)額定起重量的1.25倍，即325 t，并且根據(jù)吊裝工況對(duì)加載位置受力進(jìn)行分配，分配比例大致為前吊點(diǎn)∶后吊點(diǎn)＝1.58∶1，即最大試驗(yàn)荷載前吊點(diǎn)為200 t，后吊點(diǎn)為125 t。

試驗(yàn)加載時(shí)按額定起重量荷載的10%、50%、75%、100%、125%分五級(jí)進(jìn)行加載。

3.3 加載過程

1）檢查吊機(jī)各系統(tǒng)均正常后，前吊點(diǎn)千斤頂加載至16 t，后吊點(diǎn)加載至10 t，并持荷約10 min，待穩(wěn)定后，進(jìn)行讀數(shù)，檢查應(yīng)力、應(yīng)變實(shí)測(cè)值是否與理論值一致。同時(shí)測(cè)量吊機(jī)整體變形是否正常。另外，還應(yīng)檢查吊機(jī)錨點(diǎn)和支點(diǎn)是否正常。

2）完成第1步加載和測(cè)量后，并經(jīng)數(shù)據(jù)比對(duì)，逐步將荷載提高至額定起重量的50%，前吊點(diǎn)80 t，后吊點(diǎn)50 t。持荷約15 min，進(jìn)行所有監(jiān)控項(xiàng)目的檢查。

3）繼續(xù)加載至額定起重量的75%，前吊點(diǎn)120 t，后吊點(diǎn)75 t（約為實(shí)際吊裝荷載）。持荷約20 min，進(jìn)行所有監(jiān)控項(xiàng)目的檢查。

4）繼續(xù)加載至額定起重量的100%，前吊點(diǎn)160 t，后吊點(diǎn)100 t，持荷約20 min，進(jìn)行所有監(jiān)控項(xiàng)目的檢查，應(yīng)包括檢查各控制點(diǎn)的應(yīng)力、變形是否在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)或者規(guī)范許可范圍內(nèi)；檢查吊機(jī)結(jié)構(gòu)是否有裂紋、永久變形、油漆剝落等對(duì)吊機(jī)的性能與使用有破壞性影響的缺陷。

5）繼續(xù)加載至最大試驗(yàn)荷載，前吊點(diǎn)200 t，后吊點(diǎn)125 t，并持荷約30 min，進(jìn)行所有項(xiàng)目的檢查。

3.4 試驗(yàn)監(jiān)控

每次加載均應(yīng)持荷載20 min，并且監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定約5 min以后才可繼續(xù)加載。監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變，以及吊機(jī)的整體變形，測(cè)得的數(shù)據(jù)均應(yīng)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)停止加載，并檢查原因。

4 測(cè)點(diǎn)布置

4.1 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)

根據(jù)理論分析結(jié)果，選取應(yīng)力較大的或應(yīng)力變化較大的部位作為應(yīng)力傳感器的布點(diǎn)位置。在主桁架上共布置14個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，另外在后錨桿及背索與桁架連接處各布置2個(gè)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)（圖2）。

圖2 應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置

在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)，第1臺(tái)橋面吊機(jī)張拉時(shí)，H1（2）這2個(gè)測(cè)點(diǎn)沒有布置空間，因此在2臺(tái)橋面吊機(jī)對(duì)拉時(shí)，布置測(cè)點(diǎn)。

4.2 變形測(cè)點(diǎn)

在2臺(tái)橋面吊機(jī)的塔架頂端和主桁架的前端各布置1個(gè)變形測(cè)點(diǎn)（圖3），共12個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量其坐標(biāo)變化量，推算該測(cè)點(diǎn)2個(gè)方向的變形量。

圖3 變形測(cè)點(diǎn)布置

5 測(cè)試工況

本次試驗(yàn)包括拉索張拉和吊點(diǎn)加載2種荷載工況，每種工況都是采取分級(jí)加載的方式。具體加載方式為：按設(shè)計(jì)索力張拉10%→按設(shè)計(jì)索力張拉50%→按設(shè)計(jì)索力張拉70%→按設(shè)計(jì)索力張拉到位→吊點(diǎn)加載至額定荷載10%→吊點(diǎn)加載至額定荷載50%→吊點(diǎn)加載至額定荷載75%→吊點(diǎn)加載至額定荷載100%→吊點(diǎn)加載至額定荷載125%。相應(yīng)的測(cè)試工況亦按照加載方式來確定，共9種，分別為：

1）按設(shè)計(jì)索力張拉10%，即背索張拉7 t。

2）按設(shè)計(jì)索力張拉50%，即背索張拉35 t。

3）按設(shè)計(jì)索力張拉70%，即背索張拉49 t。

4）按設(shè)計(jì)索力張拉100%，即背索張拉70 t。

5）吊點(diǎn)加載至額定荷載10%，即前吊點(diǎn)加載16 t，后吊點(diǎn)加載10 t。

6）吊點(diǎn)加載至額定荷載50%，即前吊點(diǎn)加載80 t，后吊點(diǎn)加載50 t。

7）吊點(diǎn)加載至額定荷載75%，即前吊點(diǎn)加載120 t，后吊點(diǎn)加載75 t。

8）吊點(diǎn)加載至額定荷載100%，即前吊點(diǎn)加載160 t，后吊點(diǎn)加載100 t。

9）吊點(diǎn)加載至額定荷載125%，即前吊點(diǎn)加載200 t，后吊點(diǎn)加載125 t。

6 測(cè)試結(jié)果

6.1 應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

6.1.1 吊機(jī)拉索張拉階段

在2臺(tái)橋面吊機(jī)荷載試驗(yàn)時(shí)，實(shí)際張拉噸位為：張拉荷載從掛索開始→張拉15%（10 t/根）→張拉50%（35 t/根）→張拉70%（49 t/根）→張拉100%，到位（70 t/根）。

根據(jù)理論計(jì)算張拉過程中測(cè)點(diǎn)的最大應(yīng)力不超過120 MPa，實(shí)際從張拉10 t到張拉到位的最大應(yīng)力不超過100 MPa，所測(cè)得的最大應(yīng)力皆小于100 MPa，并且小于理論值。另外，部分測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力與理論計(jì)算值差別較大，如a1、a2、b1、b2這4個(gè)測(cè)點(diǎn)，這與儀器穩(wěn)定性、傳感器粘貼方式（采用AB膠）、環(huán)境（粘貼及測(cè)試過程皆下雨，無防護(hù)措施）有關(guān)。

盡管在數(shù)值上測(cè)試值與理論值有一定差別，但應(yīng)力變化趨勢(shì)一致。

6.1.2 對(duì)拉加載階段

實(shí)際加載方式為：加載10%→加載50%→加載75%→加載100%→加載125%。

在對(duì)拉加載前布置14個(gè)BGK-4000型振弦式應(yīng)變計(jì)，同樣以加載10%作為初始值（前10%的荷載主要消除非線性變形）。監(jiān)測(cè)所錄得的實(shí)際應(yīng)變值與理論值趨勢(shì)完全一致，只是大小有少許差別，考慮到儀器布置的位置與理論點(diǎn)不完全相同等因素，本次測(cè)試結(jié)果非常接近真實(shí)值。

6.2 變形測(cè)量結(jié)果

6.2.1 張拉階段

由于在張拉階段，2臺(tái)橋面吊機(jī)沒有連接，僅僅將橋面吊機(jī)擱置在胎架上，水平方向沒約束，因此位移較大，產(chǎn)生了剛體位移。分析時(shí)，須剔除剛體位移，較為復(fù)雜，這里不作深入分析，主要研究對(duì)拉加載的變形。

6.2.2 對(duì)拉加載階段

對(duì)拉加載階段，2臺(tái)橋面吊機(jī)盡管水平方向也沒約束（吊機(jī)與胎架的靜摩擦力提供約束），但2個(gè)對(duì)稱測(cè)點(diǎn)的平均移位，相當(dāng)于該測(cè)點(diǎn)的變形，根據(jù)這一思路處理測(cè)量數(shù)據(jù)，得到各測(cè)點(diǎn)的變形值。

通過分析變形值得到，在加載過程中，塔尖往吊機(jī)前端的水平位移為59.1 mm，理論計(jì)算為62.1 mm，吻合較好。

7 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的應(yīng)力及變形數(shù)據(jù)，并與理論分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出以下結(jié)論[5-8]：

1）橋面吊機(jī)在整個(gè)荷載試驗(yàn)過程中，應(yīng)力變化平順，沒有發(fā)生突變現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)是安全的。

2）盡管超載25%，但結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形仍然是線性變化的，在加載過程中，最大測(cè)點(diǎn)C2的應(yīng)力值，理論計(jì)算值從102.05 MPa變化到－92.84 MPa（加載10%到加載125%），變化幅度為194.88 MPa，實(shí)際監(jiān)測(cè)的應(yīng)力值變化幅度為163.06 MPa，沒有超過設(shè)計(jì)理論計(jì)算值。

3）試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果吻合得較好，特別是橋面吊機(jī)前端的相對(duì)變形，最小誤差在5%以內(nèi)，驗(yàn)證了理論分析模型的正確性，也說明目前這個(gè)張拉索力，可以控制吊重下的變形（撓度）。