基于原型試驗的大跨度T 型吊車梁荷載變形 特性分析

尹新龍，付傳雄，柯宇榮，唐嘉洪，陳攻明

（1. 廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635；2. 廣東省水利新材料與結(jié)構(gòu)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和工程建設(shè)投入的增加，大型結(jié)構(gòu)越來越廣泛應(yīng)用于各類建筑中。大跨度T型吊車梁作為一種強承載能力結(jié)構(gòu)，被應(yīng)用于大型盾構(gòu)施工的出土運輸結(jié)構(gòu)上。傳統(tǒng)的混凝土T型梁結(jié)構(gòu)研究多集中在特殊荷載作用下混凝土T型梁破壞形式[1]、預(yù)應(yīng)力T 型梁力學(xué)性能研究[2]、新材料加固后的T 型梁承載性能研究[3-5]等，而鮮有針對深基坑大垮度T 型梁原型荷載試驗的相關(guān)研究。本文擬結(jié)合某引水工程盾構(gòu)始發(fā)井吊車梁，根據(jù)現(xiàn)場原形試驗的實測數(shù)據(jù)，分析不同荷載作用下的變形、裂縫情況及結(jié)構(gòu)承載性能，為工程的正常運行提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐。

1 工程概況

某水利工程盾構(gòu)始發(fā)井吊T 型車梁結(jié)構(gòu)尺寸見圖1。該T 型梁建于深45m 的基坑，梁的長寬高為18000mm（跨長）×1500mm（頂寬）×3200mm（梁高），設(shè)計承載力90t，龍門吊輪距9.3m，T 型梁混凝土設(shè)計強度30MPa。為掌握該梁的承載能力、加載后變形大小及梁底面裂縫情況，對該T 型梁進(jìn)行了承載力原型試驗。

圖1 某水利工程盾構(gòu)始發(fā)井吊T 型車梁結(jié)構(gòu)尺寸 （單位：mm）

2 承載力試驗

參考設(shè)計工況的荷載情況，在T 型梁上逐級施加等效荷載后，利用儀器設(shè)備測試T 型梁結(jié)構(gòu)控制部位與控制截面的力學(xué)效應(yīng)，分析這類結(jié)構(gòu)的承載性能。本試驗的難點在于單根T 型梁的寬度有限（僅1.5m），在如此小的截面施加90t 的原形荷載存在一定難度。

2.1 試驗準(zhǔn)備

按照設(shè)計要求，吊車梁最大荷載90t，荷載平均分布兩排車輪上，單輪最大荷載45t，試驗最大加載重量45t/點。根據(jù)吊車在T 型梁上的行走情況，分別選取左、右側(cè)和跨中最不利工況；每個工況兩個堆載點，堆載點間距9.3m（參考吊車輪距）。

2.2 荷載及測點布置

根據(jù)設(shè)計提供的最不利工況進(jìn)行測點布置、吊車輪距特點及行走路徑，同時結(jié)合梁的承載特效，制定如圖2、3、4 所示的試驗工況，每個工況布置兩個加載點，單點荷載最大值45t，變形監(jiān)測點分別布置于跨中和加載點。為保證有效測得各監(jiān)測點的位移，在每個測點安裝兩只百分表。

圖2 左側(cè)最不利工況堆載示意

圖3 右側(cè)最不利工況堆載示意

圖4 跨中最不利工況堆載示意

圖5 跨中最不利工況現(xiàn)場堆載

2.3 加載與讀數(shù)

試驗荷載應(yīng)分級施加，并根據(jù)總量計算。為順利、安全地施加測試荷載，在測試點搭建一個加載平臺，使用高強工字鋼按井字法搭設(shè)，底層鋪設(shè)5 根鋼梁，鋼梁間距500mm ；上層鋪設(shè)7 跟鋼梁，采用2-3-2 并排鋪設(shè)。試驗堆載見圖5。

本次試驗加載級數(shù)為3 級。測試前的準(zhǔn)備工作完成后，開始第一次讀數(shù)作為基準(zhǔn)數(shù)值（即空載讀數(shù)）。基準(zhǔn)讀數(shù)測完后，將單個工況的兩個堆載點按要求堆載至15t，測定其變形情況及裂縫情況；待本級結(jié)構(gòu)反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定后再加載下一級。加載過程采用遞增15t/點加載至最大荷載；再按每級遞減15t/點，直至全部卸載完。

3 試驗結(jié)果及分析

數(shù)據(jù)采集中要對每級加載和卸載對應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，各級加卸載撓度結(jié)果見表1。加載至最大荷載時，對吊車梁側(cè)面、底面等部位進(jìn)行裂縫觀測，各工況跨中（表3、表4）最大變形量見表2。

表1 試驗荷載作用下變形結(jié)果（單位：mm）

表2 T 型吊車梁靜載試驗檢測結(jié)果（單位：mm）

表2 給出了各種工況下的最大變形情況，圖6給出了不同工況下各測點的荷載位移曲線。根據(jù)表2、圖6 的數(shù)據(jù)分析，T 型梁受到荷載作用后出現(xiàn)彈性變形狀況，工況2 加載至試驗最大荷載時，跨中表3、表4 的讀數(shù)分別為-2.33mm 和-1.49mm，此時變形量為T 型梁在該試驗荷載下的最大變形量，小于設(shè)計值8.77mm，且梁各處均未發(fā)現(xiàn)裂縫。

圖6 不同工況下百分表的變化趨勢

工況1 加載至試驗最大荷載時跨中變形量實 測 值 為-0.73mm 和-0.77mm，所 有 荷 載 卸 載后的變形實測值為0.13mm 和0.73mm ；兩個加載點的試驗最大荷載對應(yīng)的變形量為-0.96mm和-1.18mm；-1.32mm 和-1.04mm，所有荷載卸載后兩個加載點的變形實測值為0.5mm 和0.2mm ；-0.16mm 和-0.21mm。

經(jīng)分析，工況1 的加載點為1#加載點靠近T型梁的左側(cè)固定端（見圖3），2#加載點靠近T 型梁的跨中位置，在荷載作用下，T 型梁開始產(chǎn)生彈性變形，但由于受到固定端的約束，1#堆載點的最大變形量小于2#堆載點，當(dāng)試驗荷載卸空后1#堆載點的變形值大于2#堆載點。

工況3 加載點則與工況1 相反。為2#加載點靠近T 型梁的右側(cè)固定端（見圖4），1#加載點靠近T 型梁的跨中位置，變形情況也與工況1 相似；但在最大荷載相同情況下，規(guī)律與工況1 相似，但變形較小。

4 小結(jié)

根據(jù)大跨度T 型吊車梁的原型試驗結(jié)果可知：

（1）大跨度T 型梁梁高較大、截面抗彎能力較強、整體變形較小，因此承載能力較好；

（2）根據(jù)荷載位移曲線可看出，加載位置不同，其最大位移值和部位有較大差別；

（3）T 型梁受跨中對稱荷載工作時，其變形量是測試工況中最大的，該工況下當(dāng)加載至設(shè)計荷載時，T 型梁仍處在彈性變形階段，其承載性能滿足設(shè)計要求。