三峽升船機(jī)橫梁貝雷架支撐系統(tǒng)荷載試驗(yàn)

汪文亮，肖傳勇，張俊霞

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司三峽分公司，湖北宜昌 443002）

1 前言

三峽升船機(jī)船廂室段塔柱結(jié)構(gòu)每側(cè)由“墻-筒體-墻-筒體-墻”通過(guò)沿高程布置的縱向聯(lián)系梁形成縱向119m長(zhǎng)，16m寬的組合結(jié)構(gòu)，中間布置升船機(jī)室的承船廂，承船廂寬度為25.8m。在塔柱頂部由兩個(gè)平臺(tái)和7根橫梁形成塔柱的橫向聯(lián)系，其中兩個(gè)平臺(tái)部位各有兩根橫梁和兩根縱梁，兩根橫梁之間布置了5根次梁。在橫梁兩端沿流向各布置了1根基礎(chǔ)梁將11根橫梁連成整體。

本次試驗(yàn)選擇軸1、軸2橫梁及其相應(yīng)的基礎(chǔ)梁貝雷架進(jìn)行三峽升船機(jī)橫梁貝雷架支撐系統(tǒng)荷載試驗(yàn)。貝雷架2和貝雷架1均由9節(jié)（8節(jié)3m+1節(jié)1.5m）桁架，12排（橫向間距225mm）貝雷架組成，連接長(zhǎng)度為25.5m，連接寬度為2.475m。基礎(chǔ)梁貝雷架架設(shè)長(zhǎng)度為15m（5節(jié)3m），桁架共6排（兩排一組間距為900mm，組與組間間距為450mm），連接寬度為3.6m。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

1）檢測(cè)升船機(jī)塔柱橫梁施工支撐體系貝雷架梁的承載能力，同時(shí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)，保證三峽升船機(jī)塔柱橫梁施工安全。

2）驗(yàn)證貝雷架上部排架系統(tǒng)變形和貝雷架變形是否一致，以及變形是否在允許范圍以內(nèi)；驗(yàn)證貝雷架的應(yīng)力（應(yīng)變）和變形情況。

3）通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)貝雷架的應(yīng)力（應(yīng)變）、撓度值、自振頻率、排架位移、排架垂直度變化、模板位移變化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。對(duì)采集到的數(shù)據(jù)分析得出試驗(yàn)結(jié)論以指導(dǎo)后續(xù)橫梁施工。

3 檢測(cè)項(xiàng)目及依據(jù)

3.1 檢測(cè)項(xiàng)目

1）軸1、軸2橫梁貝雷架的自振頻率檢測(cè)；

2）軸1、軸2橫梁及基礎(chǔ)梁貝雷架腹桿、弦桿應(yīng)力（應(yīng)變）檢測(cè)；

3）軸1、軸2橫梁貝雷架跨中橫截面撓度及側(cè)彎?rùn)z測(cè)；

4）左、右基礎(chǔ)梁貝雷架撓度及側(cè)彎?rùn)z測(cè)；

5）軸2橫梁模板平面和高程變形檢測(cè)；

6）排架支柱垂直度檢測(cè)。

3.2 檢測(cè)依據(jù)

1）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2003）；

2）《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 025-86）；

3）《大跨徑混凝土橋梁的試驗(yàn)方法》（1982年10月）；

4）相關(guān)文件、設(shè)計(jì)圖紙。

4 試驗(yàn)方案

4.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

本次試驗(yàn)選擇軸1、軸2橫梁及其相應(yīng)的基礎(chǔ)梁貝雷架進(jìn)行荷載試驗(yàn)。圖1為荷載試驗(yàn)貝雷架布置圖。

圖1 荷載試驗(yàn)貝雷架布置圖（單位：cm）Fig.1 Layoutof Bailey rack in the load test（unit：cm）

4.2 試驗(yàn)荷載

按照1∶1進(jìn)行荷載原型試驗(yàn)，在貝雷架上部支撐排架及模板安裝完成后，在模板內(nèi)采用C35二級(jí)配、坍落度為18～20 cm的混凝土進(jìn)行加載，C35混凝土容重為2.3×103kg/m3，小于橫梁鋼筋混凝土的容重（2.6×103kg/m3），因此根據(jù)加載C35混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)橫梁鋼筋混凝土重確定模板高度為3.1m；試驗(yàn)加載到110%，模板安裝高度為3.4m。基礎(chǔ)梁混凝土設(shè)計(jì)重量為74.9 t，橫梁為127.27 t（不含橫梁牛腿）。因軸2橫梁貝雷架承擔(dān)了一半軸2到軸3之間基礎(chǔ)梁混凝土及排架、貝雷架荷載，該處為集中荷載，因此在軸2橫梁與基礎(chǔ)梁貝雷架搭接處設(shè)配重塊，配重塊重量為軸2到軸3之間基礎(chǔ)梁荷載的一半約45 t，100%加載為45 t，110%加載為50 t，如圖2所示。

圖2 荷載試驗(yàn)橫梁結(jié)構(gòu)平面布置圖（單位：cm）Fig.2 Structure floorp lan of the beam in the load test（unit：cm）

4.3 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)

本次原型荷載試驗(yàn)在軸1橫梁貝雷架布置34個(gè)應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)、4個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)、1個(gè)頻率測(cè)點(diǎn)；軸2橫梁貝雷架布置36個(gè)應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)、4個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)、1個(gè)頻率測(cè)點(diǎn)；在左、右基礎(chǔ)梁貝雷架各布置16個(gè)應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)。共計(jì)布置102個(gè)應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)，8個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)和兩個(gè)頻率測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)布置詳見(jiàn)圖3和圖4。

為了準(zhǔn)確地反映貝雷架、模板及排架立桿的變形監(jiān)測(cè)情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置布設(shè)如下所述。

1）軸1、軸2橫梁貝雷架撓度及側(cè)彎監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別布設(shè)在貝雷架上游側(cè)面底部，每根橫梁貝雷架布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分布在第1節(jié)、第5節(jié)、第9節(jié)，編號(hào)為HZ1-1～HZ1-3、HZ2-1～HZ2-3。

2）左、右基礎(chǔ)梁貝雷架撓度及測(cè)彎點(diǎn)分別布設(shè)在第3排貝雷架側(cè)面底部，每根基礎(chǔ)梁貝雷架布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分布在第3節(jié)、第4節(jié)、第5節(jié)，編號(hào)為JZ1-1～JZ1-3、JY2-1～JY2-3。

3）軸2橫梁模板平面和高程變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在下游面模板側(cè)面底部，共布置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分布在模板的左側(cè)、中側(cè)、右側(cè)，編號(hào)為HM 2-1～HM 2-3。

4）排架立桿垂直度是在軸2橫梁排架支柱的左、中、右方向各選擇1根支柱作為排架立桿垂直度監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在每根立桿的上部、中部、下部，編號(hào)為PL1-1～PL1-3、PL2-1～PL2-3、PL2-1～PL2-3。

圖3 橫梁貝雷架應(yīng)力（應(yīng)變）、撓度和頻率測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.3 Schematic ofmeasuring pointsof Bailey beam frame stress（strain），deflection and frequency

圖4 基礎(chǔ)梁貝雷架應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)點(diǎn)布置示意圖Fig.4 Schematic layoutofmeasuring points Bailey foundation beam frame stress（strain）

4.4 試驗(yàn)監(jiān)測(cè)頻率

1）試驗(yàn)梁自振頻率檢測(cè)：加載50%、加載80%、加載100%、加載110%各1次。

2）貝雷架應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)頻次：混凝土澆筑前、加載50%、加載80%、加載100%、加載110%各1次。

3）貝雷架跨中撓度、跨中側(cè)向位移監(jiān)測(cè)頻次：混凝土澆筑前、加載50%、加載80%、加載100%、加載110%各1次。

4）排架立桿垂直度檢測(cè)：混凝土澆筑前、加載50%、加載80%、加載100%、加載110%各1次。

測(cè)值出現(xiàn)異常時(shí)，進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)。

5 試驗(yàn)過(guò)程

荷載試驗(yàn)于2012年5月9日16時(shí)開(kāi)始，至2012年5月10日13時(shí)結(jié)束，歷時(shí)約21 h?；炷敛捎脭嚢柢?chē)運(yùn)輸，混凝土泵車(chē)和建塔配2方（1方=1m3）罐兩種入倉(cāng)方式澆筑，混凝土澆筑前在軸2橫梁部位左右側(cè)各加載8 t×2=16 t配重，混凝土開(kāi)倉(cāng)澆筑后，每澆筑2坯層（50 cm×2=1m）加載8 t。配重塊全部采用50 t吊車(chē)起吊就位，就位后立即利用周?chē)偶芗庸?，防止傾倒。數(shù)據(jù)采集時(shí)停止倉(cāng)內(nèi)一切作業(yè)，配重塊在數(shù)據(jù)采集完成后吊裝。

2012年5月10日00：20完成加載50%進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，2012年5月10日05：24完成加載80%進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，2012年5月10日10：15完成加載100%進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，2012年5月10日12：50完成加載110%進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

6 試驗(yàn)成果及分析

1）各類型桿件最大應(yīng)力值詳見(jiàn)表1～表4。

表1 軸1橫梁貝雷架典型應(yīng)力值表Table1 Typicalstressvalue tableof Bailey trussof axis1 beam

表2 軸2橫梁貝雷架最大應(yīng)力值表Table2 Maximum stressvalue tableof Bailey trussof axis2 beam

表3 左基礎(chǔ)梁貝雷架最大應(yīng)力值表Table 3 M aximum stress value table of Bailey trussof left foundation beam

表4 右基礎(chǔ)梁貝雷架最大應(yīng)力值表Table4 M aximum stressvalue tableof Bailey trussof right foundation beam

2）隨著加載量的增加，橫梁、基礎(chǔ)梁貝雷架的撓度變化量也慢慢增大，模板及排架立桿高程都在下降。達(dá)到110%加載時(shí)，基礎(chǔ)梁貝雷架撓度達(dá)到了5.8mm，橫梁撓度達(dá)到了27.3mm，模板的中心和排架中心立桿都下降了30.4mm，模板的中心和排架中心立桿高程變化與橫梁貝雷架撓度變化數(shù)量基本一致，說(shuō)明模板、排架、橫梁貝雷架是整體性變化的。

3）隨著加載量的增加，橫梁、基礎(chǔ)梁貝雷架都發(fā)生了側(cè)向位移，位移量很少，橫梁貝雷架往下游移動(dòng)，移動(dòng)量最大為5.2mm，左基礎(chǔ)梁貝雷架往左移動(dòng)，移動(dòng)量最大為3.6mm，右基礎(chǔ)梁貝雷架往右移動(dòng)，移動(dòng)量最大為3.8mm。

4）隨著加載量的增加，軸2橫梁模板左右方向變化量很小，最大為3.6mm，上下游變化量相對(duì)較大，其中心位置向上游移動(dòng)13.1mm。

5）隨著加載量的增加，排架立桿垂直度左右方向變化量很小，最大為2.7mm，上下游變化量相對(duì)較大，都往上游變化，左側(cè)立桿最大為7.6mm，中間立桿最大為12.6mm，右側(cè)立桿最大為9.3mm。

6）通過(guò)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)加強(qiáng)后的貝雷架桿件應(yīng)力和撓度變形值滿足安全要求，側(cè)向位移較小，貝雷架支撐系統(tǒng)以及排架搭設(shè)穩(wěn)定、安全，技術(shù)方案可應(yīng)用于塔柱橫梁施工。

7 結(jié)語(yǔ)

三峽升船機(jī)貝雷架原型荷載試驗(yàn)檢測(cè)了升船機(jī)塔柱橫梁施工支撐體系貝雷架梁的承載能力，驗(yàn)證了貝雷架桿件加載后的應(yīng)力、應(yīng)變、繞度等各項(xiàng)參數(shù)均滿足安全要求；為大跨度貝雷架支撐體系成功應(yīng)用于三峽升船機(jī)工程，解決升船機(jī)塔柱橫梁一次性澆筑體積大、跨度大的混凝土施工難題提供了實(shí)際依據(jù)；為今后類似升船機(jī)高度大、跨度大、現(xiàn)澆混凝土橫梁施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有重要的推廣價(jià)值。