楊善武
(合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司,安徽 合肥 230051)
某公交站候車亭長(zhǎng)度為7.11 m、頂棚寬度為1.2 m。根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)要求,對(duì)候車亭頂棚進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)檢測(cè)。該候車亭正立面如圖1所示。
圖1 公交站候車亭立面圖
設(shè)計(jì)基本信息:結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),建筑抗震設(shè)防類別為丙類,建筑設(shè)計(jì)安全使用年限為主體結(jié)構(gòu)50年,圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為25年。
設(shè)計(jì)主材:鋼立柱采用120 mm×120 mm×6 mm方鋼管(外包鋁合金),懸挑橫梁采用120 mm×60 mm×3 mm矩形鋼管(懸挑長(zhǎng)度分別為0.38 m、0.82 m),頂棚采用3 mm厚鋁板,鋼架構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)連接采用8.8級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓。
設(shè)計(jì)荷載:計(jì)算風(fēng)荷載取0.55 kN/m2,基本雪壓取0.70 kN/m2(100年一遇)。
主要檢測(cè)內(nèi)容包括:立柱頂水平位移測(cè)試;懸挑橫梁豎向位移測(cè)試;縱梁跨中豎向位移測(cè)試;梁柱節(jié)點(diǎn)外觀變化[1]?,F(xiàn)場(chǎng)采用百分表測(cè)量位移,采用外觀勘測(cè)查看梁柱節(jié)點(diǎn)狀況。
靜載試驗(yàn)檢測(cè)主要采用表1檢測(cè)儀器設(shè)備。
表1 主要檢測(cè)儀器設(shè)備及輔助設(shè)施
根據(jù)規(guī)范要求,選擇梁柱節(jié)點(diǎn)在正常使用極限狀態(tài)下的最大彎矩為主要工況,所考慮的活荷載標(biāo)準(zhǔn)值選取為100年一遇雪荷載,標(biāo)準(zhǔn)值為0.70 kN/m2以及計(jì)算風(fēng)荷載,取值0.55 kN/m2。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012),采用正常使用極限狀態(tài)下由可變荷載控制的組合,永久荷載效應(yīng)值作為結(jié)構(gòu)自重考慮[2],由此可以得到最不利組合為標(biāo)準(zhǔn)組合Sd1=S自重+S雪+0.6S背風(fēng),具體計(jì)算過程如下:
(1) 雪荷載:
Sk=μrso=1.0×0.7=0.7 kN/m2
式中:μr為屋面積雪分布系數(shù),當(dāng)屋面坡度小于25°時(shí)取為1.0。
(2) 風(fēng)荷載:
wk=βzμsμzwo
式中:βz為風(fēng)振系數(shù),取為1.0;μs為體型系數(shù),其取值為μs1=±1.3、μs2=±0.5;μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù),取為0.65。
故背風(fēng)時(shí):
wk1=0.465 kN/m2,wk2=0.179 kN/m2
迎風(fēng)時(shí):
wk1=-0.465 kN/m2,wk2=-0.179kN/m2
(3) 標(biāo)準(zhǔn)組合:
Sd1=S自重+S雪+0.6S背風(fēng);
Sd2=S自重+S背風(fēng)+0.7S雪
(4) 頻遇組合:
Sd3=S自重+0.6S雪+0.4S風(fēng)
(5)準(zhǔn)永久組合:
Sd4=S自重+0.2S雪
綜上所述,可得出該候車亭在正常使用極限狀態(tài)下最不利組合為標(biāo)準(zhǔn)組合,試驗(yàn)過程中采用在頂棚檐口處施加線性荷載等效模擬最不利組合工況,其等效荷載為f=0.5×(0.7+0.6×0.465)×0.82≈0.4 kN/m(不含自重)。
現(xiàn)場(chǎng)選取三跨進(jìn)行靜載試驗(yàn),并對(duì)選取的第三跨立柱頂點(diǎn)、懸挑橫梁及縱梁跨中5個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行位移測(cè)量,測(cè)點(diǎn)布置圖如圖2所示。
圖2 測(cè)點(diǎn)布置圖
參照計(jì)算結(jié)果,試驗(yàn)加載方案采取2級(jí)加載,卸載方案采取2級(jí)卸載,每級(jí)加載量為0.2 kN/m,每級(jí)卸載量為0.2 kN/m。
現(xiàn)場(chǎng)采用平鋪沙袋模擬線荷載,沙袋重量為20 kg±0.5 kg,每米布置2袋。每級(jí)加載持荷15 min,然后讀取位移值,最后一級(jí)荷載加載完畢,讀數(shù)完成后,分級(jí)卸載,每級(jí)卸載持荷10 min,所有試驗(yàn)荷載卸載完畢后,結(jié)構(gòu)零載保持30 min,再讀取殘余變形值[3,4]。
根據(jù)各級(jí)荷載作用下的現(xiàn)場(chǎng)記錄,整理出現(xiàn)場(chǎng)各測(cè)點(diǎn)位移變形實(shí)測(cè)值。具體結(jié)果見表2。
表2 測(cè)點(diǎn)位移變形實(shí)測(cè)值
(1) 根據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果,立柱、梁在短期荷載作用下變形撓度值均未超出《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)中可變荷載撓度容許值,卸載后殘余變形未超過最大變形值的20%[5];同時(shí)參考《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50152—2012)中考慮長(zhǎng)期效應(yīng)組合對(duì)撓度增大的影響,取影響系數(shù)2.0,實(shí)測(cè)值也未超過限值[6]。
(2) 在加載、卸載過程未發(fā)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)明顯松動(dòng)、變形等異?,F(xiàn)象。
(3) 綜合以上可知該公交站候車亭承載性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。
(4)本文通過線性荷載等效模擬最不利組合工況,對(duì)此類鋼結(jié)構(gòu)候車亭靜載試驗(yàn)有一定借鑒意義。