某單樁軸向抗壓靜載荷試驗鋼結構承載能力計算分析

江 宇

(安徽省中盛建設工程試驗檢測有限公司，安徽 合肥 230051)

1 工程概述

單樁軸向抗壓靜載荷試驗基本原理是將豎向荷載均勻地傳至建筑物基樁上，通過實測單樁在不同荷載作用下的樁頂沉降，得到靜載試驗的Q-s曲線及s-lgt等輔助曲線，然后根據曲線推求單樁豎向抗壓承載力特征值等參數。

單樁軸向抗壓靜載荷試驗反力裝置由主梁、次梁、千斤頂組合布置，其中主梁2根，箱型結構(3道腹板)，并排放置次梁中間位置，具體尺寸為：長850 cm、高800 mm、寬500 mm、腹板厚30 mm、頂板厚30 mm，使用材料為Q345B；次梁15根，采用2片I63c工字鋼橫向拼接成箱型結構，單片工字鋼尺寸為長1 200 cm、高630 mm、寬180 mm、腹板厚17 mm，使用材料為Q235B，均勻排布；千斤頂2個，分別位于2根主梁下方，如圖1、圖2所示。

圖1 鋼結構承載系統正面圖

圖2 鋼結構承載系統側視圖

2 有限元模型建立及加載布置

利用MIDAS有限元軟件對鋼結構承載系統進行建模分析，主梁、次梁采用剛性連接，共計建立主梁梁單元32個，次梁梁單元103個，支撐位置均采用鉸支座模式。加載塊模擬采用布置在次梁的線荷載，線荷載采取60 kN/m，總加載重量為1 080 t[1]。有限元模型及加載圖示如圖3、圖4所示。

圖3 鋼結構承載系統有限元模型

圖4 鋼結構次梁線荷載加載圖

3 有限元模型計算分析

根據模型建立情況、鉸支座支撐形式及線荷載分布情況，對結構進行計算分析。

3.1 應力云圖

主梁、次梁、次梁跨中無支撐體系的應力云圖如圖5～圖7所示。

圖5 主梁應力云圖

圖6 次梁應力云圖

圖7 次梁跨中無支撐體系應力云圖

由圖5～圖7可知，主梁跨中位置應力最大，為236.09 MPa(鋼應力額定值為295 MPa)；次梁應力最大值為158.94 MPa(鋼應力額定值為205 MPa)；初始堆載狀態次梁跨中無支撐體系最大應力為148.31 MPa(鋼應力額定值為205 MPa)[2]。主梁支撐位置反力計算值為1 080 t，滿足單樁試驗加載1 000 t要求。

3.2 變形云圖

主梁、次梁及次梁跨中無支撐體系的變形云圖如圖8～圖10所示。

圖8 主梁變形云圖

圖9 次梁變形云圖

圖10 次梁跨中無支撐體系變形云圖

由圖8～圖10可知，主梁最大變形位于跨中位置，變形量由中間向兩側遞減，最大變形值為18.55 mm(允許變形21.25 mm)，次梁最大變形位置在同主梁中間位置處，位移梯度呈放射狀向外擴散，并逐漸減小。最大變形值為18.55 mm(允許變形30.0 mm)，次梁跨中無支撐體系最大變形為25.60 mm(允許變形30.0 mm)，并逐漸減小。

4 結 論

根據MIDAS有限元模型計算分析結果，在1 000 t加載情況下，分別計算得出主梁、次梁、次梁跨中無支撐體系的應力及變形云圖。經分析驗證，該鋼結構承載體系能夠滿足單樁試驗加載要求，線荷載加載量能夠滿足單樁試驗加載要求，主梁、次梁變形及應力情況均在鋼結構應力額定范圍內，能夠保證單樁靜載試驗檢測工作的正常開展，具備足夠的安全性、可靠性。