非标大吨位桥面吊机荷载试验方法及实践

金东华

1. 上海市基础工程集团有限公司 上海 200002；2. 上海预制拼装桥梁建造产业技术创新战略联盟 上海 200433

1 桥面吊机结构概况

上海闵浦大桥主跨桥面吊机采用专门设计的非标大吨位桥面吊机（图1）。采用塔索梁预应力组合结构，所有连接点均为铰接，吊机全长约43 m，塔高9 m。吊机前支点位于主横梁上，后锚点锚固于桥面吊耳。桥面吊机额定起重量为260 t，背索需按设计张拉至70 t。

图1 桥面吊机结构示意

2 试验目的

通过桥面吊机的荷载试验，测试结构的应力和变形，检查各控制点的应力、变形是否在设计允许范围内或者规范许可范围内；同时验证理论分析模型的可靠性。

3 试验方案

3.1 试验方法

本次荷载试验加载方式拟采用2台吊机相互对拉的方式进行加载，考虑到吊机钢塔较高，必须将吊机横置于地面支撑点上，进行水平加载。吊机最不利工况为标准段的吊装，因此测试工况模拟标准段吊装[1-4]。

3.2 试验荷载

试验最大荷载取用吊机额定起重量的1.25倍，即325 t，并且根据吊装工况对加载位置受力进行分配，分配比例大致为前吊点∶后吊点＝1.58∶1，即最大试验荷载前吊点为200 t，后吊点为125 t。

试验加载时按额定起重量荷载的10%、50%、75%、100%、125%分五级进行加载。

3.3 加载过程

1）检查吊机各系统均正常后，前吊点千斤顶加载至16 t，后吊点加载至10 t，并持荷约10 min，待稳定后，进行读数，检查应力、应变实测值是否与理论值一致。同时测量吊机整体变形是否正常。另外，还应检查吊机锚点和支点是否正常。

2）完成第1步加载和测量后，并经数据比对，逐步将荷载提高至额定起重量的50%，前吊点80 t，后吊点50 t。持荷约15 min，进行所有监控项目的检查。

3）继续加载至额定起重量的75%，前吊点120 t，后吊点75 t（约为实际吊装荷载）。持荷约20 min，进行所有监控项目的检查。

4）继续加载至额定起重量的100%，前吊点160 t，后吊点100 t，持荷约20 min，进行所有监控项目的检查，应包括检查各控制点的应力、变形是否在设计允许范围内或者规范许可范围内；检查吊机结构是否有裂纹、永久变形、油漆剥落等对吊机的性能与使用有破坏性影响的缺陷。

5）继续加载至最大试验荷载，前吊点200 t，后吊点125 t，并持荷约30 min，进行所有项目的检查。

3.4 试验监控

每次加载均应持荷载20 min，并且监控数据稳定约5 min以后才可继续加载。监控数据包括各测点的应力、应变，以及吊机的整体变形，测得的数据均应与理论数据进行比对，如发现异常，应停止加载，并检查原因。

4 测点布置

4.1 应力测点

根据理论分析结果，选取应力较大的或应力变化较大的部位作为应力传感器的布点位置。在主桁架上共布置14个应力测点，另外在后锚杆及背索与桁架连接处各布置2个应力测点（图2）。

图2 应力测点布置

在现场监测时，第1台桥面吊机张拉时，H1（2）这2个测点没有布置空间，因此在2台桥面吊机对拉时，布置测点。

4.2 变形测点

在2台桥面吊机的塔架顶端和主桁架的前端各布置1个变形测点（图3），共12个测点，测量其坐标变化量，推算该测点2个方向的变形量。

图3 变形测点布置

5 测试工况

本次试验包括拉索张拉和吊点加载2种荷载工况，每种工况都是采取分级加载的方式。具体加载方式为：按设计索力张拉10%→按设计索力张拉50%→按设计索力张拉70%→按设计索力张拉到位→吊点加载至额定荷载10%→吊点加载至额定荷载50%→吊点加载至额定荷载75%→吊点加载至额定荷载100%→吊点加载至额定荷载125%。相应的测试工况亦按照加载方式来确定，共9种，分别为：

1）按设计索力张拉10%，即背索张拉7 t。

2）按设计索力张拉50%，即背索张拉35 t。

3）按设计索力张拉70%，即背索张拉49 t。

4）按设计索力张拉100%，即背索张拉70 t。

5）吊点加载至额定荷载10%，即前吊点加载16 t，后吊点加载10 t。

6）吊点加载至额定荷载50%，即前吊点加载80 t，后吊点加载50 t。

7）吊点加载至额定荷载75%，即前吊点加载120 t，后吊点加载75 t。

8）吊点加载至额定荷载100%，即前吊点加载160 t，后吊点加载100 t。

9）吊点加载至额定荷载125%，即前吊点加载200 t，后吊点加载125 t。

6 测试结果

6.1 应力测试结果

6.1.1 吊机拉索张拉阶段

在2台桥面吊机荷载试验时，实际张拉吨位为：张拉荷载从挂索开始→张拉15%（10 t/根）→张拉50%（35 t/根）→张拉70%（49 t/根）→张拉100%，到位（70 t/根）。

根据理论计算张拉过程中测点的最大应力不超过120 MPa，实际从张拉10 t到张拉到位的最大应力不超过100 MPa，所测得的最大应力皆小于100 MPa，并且小于理论值。另外，部分测点的应力与理论计算值差别较大，如a1、a2、b1、b2这4个测点，这与仪器稳定性、传感器粘贴方式（采用AB胶）、环境（粘贴及测试过程皆下雨，无防护措施）有关。

尽管在数值上测试值与理论值有一定差别，但应力变化趋势一致。

6.1.2 对拉加载阶段

实际加载方式为：加载10%→加载50%→加载75%→加载100%→加载125%。

在对拉加载前布置14个BGK-4000型振弦式应变计，同样以加载10%作为初始值（前10%的荷载主要消除非线性变形）。监测所录得的实际应变值与理论值趋势完全一致，只是大小有少许差别，考虑到仪器布置的位置与理论点不完全相同等因素，本次测试结果非常接近真实值。

6.2 变形测量结果

6.2.1 张拉阶段

由于在张拉阶段，2台桥面吊机没有连接，仅仅将桥面吊机搁置在胎架上，水平方向没约束，因此位移较大，产生了刚体位移。分析时，须剔除刚体位移，较为复杂，这里不作深入分析，主要研究对拉加载的变形。

6.2.2 对拉加载阶段

对拉加载阶段，2台桥面吊机尽管水平方向也没约束（吊机与胎架的静摩擦力提供约束），但2个对称测点的平均移位，相当于该测点的变形，根据这一思路处理测量数据，得到各测点的变形值。

通过分析变形值得到，在加载过程中，塔尖往吊机前端的水平位移为59.1 mm，理论计算为62.1 mm，吻合较好。

7 结语

根据现场测试的应力及变形数据，并与理论分析的数据进行比较，得出以下结论[5-8]：

1）桥面吊机在整个荷载试验过程中，应力变化平顺，没有发生突变现象，结构是安全的。

2）尽管超载25%，但结构的应力和变形仍然是线性变化的，在加载过程中，最大测点C2的应力值，理论计算值从102.05 MPa变化到－92.84 MPa（加载10%到加载125%），变化幅度为194.88 MPa，实际监测的应力值变化幅度为163.06 MPa，没有超过设计理论计算值。

3）试验结果与理论计算结果吻合得较好，特别是桥面吊机前端的相对变形，最小误差在5%以内，验证了理论分析模型的正确性，也说明目前这个张拉索力，可以控制吊重下的变形（挠度）。