高桿燈結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)與評(píng)估方法研究

尹 偉

（上海市城市綜合管理事務(wù)中心 上海市200000）

1 概 述

目前上海內(nèi)環(huán)、中環(huán)等地區(qū)的高桿燈運(yùn)營已經(jīng)超過20年，由于周圍環(huán)境的影響，材料的老化和退化，以及風(fēng)荷載的往復(fù)作用，使高桿燈結(jié)構(gòu)各部位出現(xiàn)不同程度的缺陷和損傷。特別是在臺(tái)風(fēng)季風(fēng)荷載較大的期間，存在鋼絲繩斷裂后燈盤下墜的隱患，以及在由于結(jié)構(gòu)頂部杠桿效應(yīng)的往復(fù)疲勞荷載作用下，容易導(dǎo)致螺栓錨固的基礎(chǔ)不穩(wěn)固、失效，甚至整體倒塌傾覆，從而發(fā)生設(shè)備損毀、人身傷亡等嚴(yán)重事故。

文中針對(duì)高桿燈的結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估方法研究，形成的成套技術(shù)包含現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)復(fù)核結(jié)構(gòu)基本信息，記錄病害分布情況，對(duì)高桿燈進(jìn)行常規(guī)無損檢測(cè)以及專項(xiàng)加載試驗(yàn)，對(duì)高桿燈技術(shù)狀況進(jìn)行評(píng)定分級(jí)，綜合評(píng)估分析后給出養(yǎng)護(hù)及維修加固建議。

2 基本情況調(diào)查

首先應(yīng)依據(jù)高桿燈現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)查以下基本狀況：

（1）搜集高桿燈原設(shè)計(jì)資料、施工資料，升降、機(jī)電等各系統(tǒng)的組成；

（2）分析管養(yǎng)單位在高桿燈以往維護(hù)管理中記錄的維修、養(yǎng)護(hù)、更換配件、病害處治等過往數(shù)據(jù)及資料；

（3）現(xiàn)場(chǎng)采用游標(biāo)卡尺、鋼卷尺、激光測(cè)距儀、超聲波測(cè)厚儀等設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)高桿燈主要截面尺寸、鋼構(gòu)件厚度等幾何參數(shù)以進(jìn)行復(fù)核，并與已有資料進(jìn)行校對(duì)。

高桿燈總體結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 高桿燈總體結(jié)構(gòu)示意

3 技術(shù)狀況檢查

升降式高桿照明設(shè)施主要由燈桿、燈盤、燈具、升降系統(tǒng)、配電和控制設(shè)備、接地和避雷裝置等組成?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)各高桿燈各構(gòu)件展開全面檢查，評(píng)定各部件的缺損狀況，進(jìn)行總體技術(shù)狀況評(píng)定。

3.1 燈桿、燈盤及燈具檢查

（1）外觀缺陷檢查

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件是否銹蝕、屈曲、涂裝是否完好；節(jié)點(diǎn)及連接構(gòu)造是否完好、銹蝕、變形、移位等，燈盤及燈具零部件是否缺失，升降過程中，燈盤是否始終處于平衡狀態(tài)。

（2）運(yùn)行狀態(tài)檢查

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第4.3.7和4.3.8條[1]，對(duì)高桿燈的整體運(yùn)行狀況進(jìn)行檢查，如圖2所示，確保燈盤的平衡狀態(tài)。

圖2 燈盤整體升降檢查

（3）燈桿垂直度檢測(cè)

根據(jù)《港口高桿燈通用技術(shù)要求》（JT/T 1214—2018）第6.1條[2]對(duì)立桿相對(duì)于水平的垂直度進(jìn)行測(cè)試，立桿的垂直度誤差不應(yīng)大于0.3%。對(duì)于存在明顯傾斜現(xiàn)象的立桿及其基礎(chǔ)，后續(xù)重點(diǎn)對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估。

采用激光全站儀對(duì)高桿燈桿體壁面進(jìn)行整體傾斜率檢測(cè)，如圖3所示。

圖3 燈桿整體傾斜率檢測(cè)

（4）檢修門（口）檢查

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.1.9條，檢修門下沿不低于650 mm，并設(shè)有防盜措施；根據(jù)《港口高桿燈通用技術(shù)要求》（JT/T 1214—2018）第5.4.5條和《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.1.9條，門開口的周邊應(yīng)采取結(jié)構(gòu)加固措施，強(qiáng)度不應(yīng)低于未開檢修口時(shí)。

（5）涂層檢測(cè)

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.5.1.1條和5.5.1.3條對(duì)燈桿表面涂層進(jìn)行檢查，熱侵鍍鋅層表面應(yīng)平滑，無滴瘤、粗糙和鋅刺，無起皮，無漏鍍，無殘留的溶劑渣，在正常工作條件下，沒有明顯的剝落和起皮現(xiàn)象。

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.5.1.2條對(duì)涂層厚度進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)厚度大于6 mm時(shí)，鍍層局部厚度最小為70 μm，平均厚度最小為85 μm。

涂層檢測(cè)包含兩個(gè)方面：一是涂層及其本體的外觀技術(shù)狀況，二是涂層厚度。涂層厚度采用涂層厚度儀進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)檢查部位為結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件，抽樣比例按鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)施工驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)示意如圖4所示。

圖4 燈桿表面涂層厚度檢測(cè)

（6）焊縫檢測(cè)

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.1.5、5.1.7條和第6.7條，采用金屬超聲波探測(cè)儀檢測(cè)，要求燈桿和燈盤焊縫不應(yīng)有影響強(qiáng)度的裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑和針狀氣孔，并且無皺褶和中斷等缺陷。插接式燈桿管體縱向焊縫為60%熔透焊，插接段外管部分為一級(jí)焊縫全熔透焊。

3.2 升降系統(tǒng)檢查

（1）卸載裝置檢查

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.10條，對(duì)卸載裝置進(jìn)行檢查，要求燈盤上升到位后，應(yīng)具備自動(dòng)掛、脫鉤卸載裝置，要求掛、脫自如，使燈盤牢固可靠的掛置在燈桿上。

（2）下限位設(shè)置檢查

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.9條，對(duì)下限位設(shè)置情況裝置進(jìn)行檢查，要求燈盤升降系統(tǒng)必須具備下限位，下限位應(yīng)高于基礎(chǔ)平面2.5 m以上。

（3）失電制動(dòng)裝置檢查

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第4.6.3條，對(duì)失電制動(dòng)裝置進(jìn)行檢查，要求升降電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有失電制動(dòng)裝置，轉(zhuǎn)速應(yīng)與減速器的規(guī)格相匹配。

（4）鋼絲繩檢查

根據(jù)《不銹鋼絲繩》（GB/T 9944—2015）第5.2條[3]，對(duì)鋼絲繩的直徑進(jìn)行測(cè)試，查看是否滿足設(shè)計(jì)要求。同時(shí)根據(jù)《不銹鋼絲繩》（GB/T 9944—2015）第6.2.1條，對(duì)鋼絲繩的表觀缺陷進(jìn)行檢測(cè)，要求鋼絲繩表觀均勻、捻制緊密，不得有凸起、銹蝕、斷絲和錯(cuò)亂交叉的鋼絲。

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.8條，鋼絲繩在正常運(yùn)行和維護(hù)條件下完全伸展時(shí)，卷筒上應(yīng)保留4圈以上。

同時(shí)根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第6.11條，通過查看鋼絲繩破斷拉力檢測(cè)報(bào)告對(duì)鋼絲繩的設(shè)計(jì)安全系數(shù)進(jìn)行檢查和確認(rèn)。

（5）防墜落裝置檢查

根據(jù)《港口高桿燈通用技術(shù)要求》（JT/T 1214—2018）第5.6.3條，高桿燈應(yīng)設(shè)置燈盤防墜落裝置和防沖頂裝置，并根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.6條對(duì)防墜落保護(hù)裝置的工作性能進(jìn)行檢查。

（6）動(dòng)載試驗(yàn)

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.11條和6.18條，對(duì)高桿燈進(jìn)行超載10%動(dòng)載試驗(yàn)。將配重與燈盤連接，燈盤在動(dòng)載試驗(yàn)過程中應(yīng)運(yùn)行平穩(wěn)，無異?，F(xiàn)象。

3.3 接地和避雷裝置檢查

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.7條，桿頂是否有效設(shè)置避雷針，現(xiàn)場(chǎng)示意如圖5所示，燈桿檢修門內(nèi)有是否設(shè)有專用的接地螺栓，并應(yīng)大于等于8 mm。

圖5 桿頂應(yīng)有效設(shè)置避雷針

3.4 配電和控制設(shè)備檢查

根據(jù)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》（CJ/T 457—2014）第5.6條，升降式和傾倒式設(shè)施的驅(qū)動(dòng)方式包括手動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，應(yīng)具有自鎖功能，當(dāng)系統(tǒng)失去動(dòng)力時(shí)，燈盤或桿體應(yīng)能停在任意位置。配電線路和燈盤線路的各支架同層橫檔應(yīng)在同一水平面上，其高低偏差不應(yīng)大于5 mm。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)排查驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的自鎖設(shè)置情況，以及內(nèi)部線路的布置情況及其是否仍處于正常工作的狀態(tài)，具體包括箱體、箱內(nèi)電器、箱內(nèi)電纜等部件。

3.5 基礎(chǔ)連接專項(xiàng)檢測(cè)

高桿燈依靠底部的螺栓與底座連接固定，錨固螺栓可靠性是確定高桿燈結(jié)構(gòu)可靠性的重要指標(biāo)。首先對(duì)螺栓的設(shè)置和外觀進(jìn)行全面檢查，重點(diǎn)檢查基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是否開裂、破損，然后鑿除外包混凝土，檢查螺栓錨固位置處是否存在銹蝕、松動(dòng)等病害，然后對(duì)高桿燈底部的螺栓與底座的連接進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)。

采用扭力扳手檢測(cè)螺栓的施工扭矩，現(xiàn)場(chǎng)示意如圖6所示。最后檢測(cè)完成后應(yīng)采用外包混凝土對(duì)螺栓部位進(jìn)行修復(fù)。

4 加載試驗(yàn)和傾斜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4.1 加載試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)高燈桿結(jié)構(gòu)展開加載試驗(yàn)，通過對(duì)高燈桿施加設(shè)計(jì)荷載的等效荷載（高燈桿設(shè)計(jì)最大風(fēng)強(qiáng)為800 Pa），測(cè)試出結(jié)構(gòu)的靜態(tài)位移、應(yīng)變等結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而推斷出高燈桿結(jié)構(gòu)在荷載作用下的工作狀態(tài)和使用性能。

（2）理論計(jì)算

結(jié)構(gòu)所受外力主要考慮風(fēng)荷載的影響，按照風(fēng)荷載對(duì)燈盤、立柱的作用轉(zhuǎn)換計(jì)算對(duì)基礎(chǔ)的作用效應(yīng)，主要包括彎矩M和水平剪力F等。水平剪力F由螺栓抗剪承受，彎矩M則由多個(gè)螺栓形成拉壓體系共同承受。

（3）外荷載確立

基于根據(jù)《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 148—2003）第4.2條規(guī)定[4]，施加在戶外標(biāo)志牌上高度z處的單位面積風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為wk，所受的風(fēng)載計(jì)算公式如下：

式中：μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，按照第4.2.4條，對(duì)于迎風(fēng)面立柱（圓形）和燈盤（回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)加框架）分別取用0.8、0.9；μz為高度z處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按照第4.2.2條，35 m高燈桿分為四節(jié)，分別為燈盤（35 m）、30 m、20 m、10 m，按C類地面粗糙度則分別取用1.06、1.00、0.84、0.74；βz為高度z處的風(fēng)振系數(shù)，按照前述規(guī)范第4.2.6條取用，35 m高燈桿分為四節(jié)分別為燈盤（35 m）、30 m、20 m、10 m，按C類地面粗糙度則分別取用1.471、1.478、1.387、1.194；w0根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙取0.8 kPa。

（4）高桿燈立柱內(nèi)力計(jì)算

首先根據(jù)受風(fēng)面積計(jì)算各分段的風(fēng)荷載作用力Fk，計(jì)算公式如下：

式中：Fk為高燈桿所受風(fēng)荷載作用力，kN；Sj為受風(fēng)面積，m2；ωk為高燈桿單位面積所受風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN。

然后根據(jù)高燈桿高度大小分別計(jì)算各分段在立柱根部的風(fēng)荷載總彎矩，進(jìn)行模擬加載試驗(yàn)。

（5）現(xiàn)場(chǎng)加載試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)抽取部分燈桿采用水平拉力進(jìn)行加載，如圖7所示，加載結(jié)果顯示，桿底鋼板實(shí)測(cè)應(yīng)力為50 MPa、變形為0.5 mm，未發(fā)現(xiàn)應(yīng)力超限、變形異常等情況，總體受力狀況良好。

4.2 傾斜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在風(fēng)荷載的往復(fù)作用下，高桿燈會(huì)發(fā)生來回晃動(dòng)，晃動(dòng)的角度和位移越大，說明高桿燈存在的安全隱患越大。

如圖8所示，可在高桿燈桿體上安裝傾斜傳感器對(duì)桿體的傾斜位移狀況進(jìn)行長期監(jiān)測(cè)，特別是在臺(tái)風(fēng)季大風(fēng)天氣，監(jiān)測(cè)高桿燈桿體是否存在較大的異?；蝿?dòng)，并將各高桿燈的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析，排查隱患。

5 結(jié)論

高桿燈主要病害包含桿體局部銹蝕、螺栓銹蝕、自鎖器開裂、導(dǎo)輪彈簧失效等方面。應(yīng)匯總高桿燈結(jié)構(gòu)各分項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，進(jìn)行綜合分析、評(píng)定，針對(duì)性提出總體結(jié)論，并根據(jù)總體結(jié)論針對(duì)高桿燈現(xiàn)有缺損及典型病害分門別類提出處治措施的建議如下：完好狀態(tài)（A），則應(yīng)進(jìn)行日常保養(yǎng)；良好狀態(tài)（B），則應(yīng)進(jìn)行日常保養(yǎng)和小修；合格狀態(tài)（C），則應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)后保養(yǎng)、小修；不合格狀態(tài)（D），則應(yīng)檢測(cè)后進(jìn)行中修或大修工程；危險(xiǎn)狀態(tài)（E），則應(yīng)檢測(cè)評(píng)估后進(jìn)行大修、加固或改擴(kuò)建工程。