非標大噸位橋面吊機荷載試驗方法及實踐

金東華

1. 上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002；2. 上海預制拼裝橋梁建造產業技術創新戰略聯盟 上海 200433

1 橋面吊機結構概況

上海閔浦大橋主跨橋面吊機采用專門設計的非標大噸位橋面吊機（圖1）。采用塔索梁預應力組合結構，所有連接點均為鉸接，吊機全長約43 m，塔高9 m。吊機前支點位于主橫梁上，后錨點錨固于橋面吊耳。橋面吊機額定起重量為260 t，背索需按設計張拉至70 t。

圖1 橋面吊機結構示意

2 試驗目的

通過橋面吊機的荷載試驗，測試結構的應力和變形，檢查各控制點的應力、變形是否在設計允許范圍內或者規范許可范圍內；同時驗證理論分析模型的可靠性。

3 試驗方案

3.1 試驗方法

本次荷載試驗加載方式擬采用2臺吊機相互對拉的方式進行加載，考慮到吊機鋼塔較高，必須將吊機橫置于地面支撐點上，進行水平加載。吊機最不利工況為標準段的吊裝，因此測試工況模擬標準段吊裝[1-4]。

3.2 試驗荷載

試驗最大荷載取用吊機額定起重量的1.25倍，即325 t，并且根據吊裝工況對加載位置受力進行分配，分配比例大致為前吊點∶后吊點＝1.58∶1，即最大試驗荷載前吊點為200 t，后吊點為125 t。

試驗加載時按額定起重量荷載的10%、50%、75%、100%、125%分五級進行加載。

3.3 加載過程

1）檢查吊機各系統均正常后，前吊點千斤頂加載至16 t，后吊點加載至10 t，并持荷約10 min，待穩定后，進行讀數，檢查應力、應變實測值是否與理論值一致。同時測量吊機整體變形是否正常。另外，還應檢查吊機錨點和支點是否正常。

2）完成第1步加載和測量后，并經數據比對，逐步將荷載提高至額定起重量的50%，前吊點80 t，后吊點50 t。持荷約15 min，進行所有監控項目的檢查。

3）繼續加載至額定起重量的75%，前吊點120 t，后吊點75 t（約為實際吊裝荷載）。持荷約20 min，進行所有監控項目的檢查。

4）繼續加載至額定起重量的100%，前吊點160 t，后吊點100 t，持荷約20 min，進行所有監控項目的檢查，應包括檢查各控制點的應力、變形是否在設計允許范圍內或者規范許可范圍內；檢查吊機結構是否有裂紋、永久變形、油漆剝落等對吊機的性能與使用有破壞性影響的缺陷。

5）繼續加載至最大試驗荷載，前吊點200 t，后吊點125 t，并持荷約30 min，進行所有項目的檢查。

3.4 試驗監控

每次加載均應持荷載20 min，并且監控數據穩定約5 min以后才可繼續加載。監控數據包括各測點的應力、應變，以及吊機的整體變形，測得的數據均應與理論數據進行比對，如發現異常，應停止加載，并檢查原因。

4 測點布置

4.1 應力測點

根據理論分析結果，選取應力較大的或應力變化較大的部位作為應力傳感器的布點位置。在主桁架上共布置14個應力測點，另外在后錨桿及背索與桁架連接處各布置2個應力測點（圖2）。

圖2 應力測點布置

在現場監測時，第1臺橋面吊機張拉時，H1（2）這2個測點沒有布置空間，因此在2臺橋面吊機對拉時，布置測點。

4.2 變形測點

在2臺橋面吊機的塔架頂端和主桁架的前端各布置1個變形測點（圖3），共12個測點，測量其坐標變化量，推算該測點2個方向的變形量。

圖3 變形測點布置

5 測試工況

本次試驗包括拉索張拉和吊點加載2種荷載工況，每種工況都是采取分級加載的方式。具體加載方式為：按設計索力張拉10%→按設計索力張拉50%→按設計索力張拉70%→按設計索力張拉到位→吊點加載至額定荷載10%→吊點加載至額定荷載50%→吊點加載至額定荷載75%→吊點加載至額定荷載100%→吊點加載至額定荷載125%。相應的測試工況亦按照加載方式來確定，共9種，分別為：

1）按設計索力張拉10%，即背索張拉7 t。

2）按設計索力張拉50%，即背索張拉35 t。

3）按設計索力張拉70%，即背索張拉49 t。

4）按設計索力張拉100%，即背索張拉70 t。

5）吊點加載至額定荷載10%，即前吊點加載16 t，后吊點加載10 t。

6）吊點加載至額定荷載50%，即前吊點加載80 t，后吊點加載50 t。

7）吊點加載至額定荷載75%，即前吊點加載120 t，后吊點加載75 t。

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

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

6 測試結果

6.1 應力測試結果

6.1.1 吊機拉索張拉階段

在2臺橋面吊機荷載試驗時，實際張拉噸位為：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）。

根據理論計算張拉過程中測點的最大應力不超過120 MPa，實際從張拉10 t到張拉到位的最大應力不超過100 MPa，所測得的最大應力皆小于100 MPa，并且小于理論值。另外，部分測點的應力與理論計算值差別較大，如a1、a2、b1、b2這4個測點，這與儀器穩定性、傳感器粘貼方式（采用AB膠）、環境（粘貼及測試過程皆下雨，無防護措施）有關。

盡管在數值上測試值與理論值有一定差別，但應力變化趨勢一致。

6.1.2 對拉加載階段

實際加載方式為：加載10%→加載50%→加載75%→加載100%→加載125%。

在對拉加載前布置14個BGK-4000型振弦式應變計，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）。監測所錄得的實際應變值與理論值趨勢完全一致，只是大小有少許差別，考慮到儀器布置的位置與理論點不完全相同等因素，本次測試結果非常接近真實值。

6.2 變形測量結果

6.2.1 張拉階段

由于在張拉階段，2臺橋面吊機沒有連接，僅僅將橋面吊機擱置在胎架上，水平方向沒約束，因此位移較大，產生了剛體位移。分析時，須剔除剛體位移，較為復雜，這里不作深入分析，主要研究對拉加載的變形。

6.2.2 對拉加載階段

對拉加載階段，2臺橋面吊機盡管水平方向也沒約束（吊機與胎架的靜摩擦力提供約束），但2個對稱測點的平均移位，相當于該測點的變形，根據這一思路處理測量數據，得到各測點的變形值。

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

7 結語

根據現場測試的應力及變形數據，并與理論分析的數據進行比較，得出以下結論[5-8]：

1）橋面吊機在整個荷載試驗過程中，應力變化平順，沒有發生突變現象，結構是安全的。

2）盡管超載25%，但結構的應力和變形仍然是線性變化的，在加載過程中，最大測點C2的應力值，理論計算值從102.05 MPa變化到－92.84 MPa（加載10%到加載125%），變化幅度為194.88 MPa，實際監測的應力值變化幅度為163.06 MPa，沒有超過設計理論計算值。

3）試驗結果與理論計算結果吻合得較好，特別是橋面吊機前端的相對變形，最小誤差在5%以內，驗證了理論分析模型的正確性，也說明目前這個張拉索力，可以控制吊重下的變形（撓度）。