某景观工程玻璃观景挑台荷载试验研究
2020-09-05叶志诚安徽省建筑科学研究设计院安徽合肥230031
叶志诚 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230031）
1 工程设计概况
该工程地基基础设计为人工挖孔桩，上部结构设计为钢筋混凝土框架结构（部分钢结构）。1～3/A～C轴区域为框架结构，1～3/C～D轴区域为悬挑混凝土结构，1～3/D～F轴区域为悬挑钢结构。本次试验区域为1～3/C～F轴区域。上部结构采用抗拔锚杆与岩体连接，钢梁与混凝土梁采用预埋件连接。墩端支撑于第②层微风化花岗岩，桩身混凝土强度设计为C30；框架柱截面尺寸为600mm×600mm，斜撑杆直径为500mm，混凝土强度设计均为C35；主梁的截面尺寸分别为300mm×500mm、350mm ×700mm、350mm ×800mm，混凝土强度设计为C35。
图1 建筑物现状
2 试验方法
2.1 加载方式
因该工程建设在半山腰，如采取重物堆载的方式，需大量的人力、物力，不是最经济合理的加载方式。本次利用建筑周边天然瀑布的优势，采用四周铺设沙袋，中部注水的方式（即静水压力法）进行加载。
2.2 最大试验荷载
正常使用极限状态试验荷载值：荷载的标准组合Q=Gz+γQi（其中Q为试验总荷载标准值，Gz为结构自重，Qi为可变荷载标准值，γ为检验放大系数）。根据相关文件及建设方要求：γ=1.20，Qi=3.5kN/m2。正常使用极限状态试验荷载值为 Qs=1.20×3.5kN/m2=4.20 kN/m2。
本次试验面积约为A=145m2，加载重量W=Qs×A=609 kN，约为60.9t，为方便加载取60t。沙袋重量按40kg/袋，沙袋规格为600mm×400mm，约需500个沙袋，沙袋总重量约为20000kg，即20t。注水重量为40t，注水面积约为100m2（去除沙袋及通道面积），注水深度约为0.4m。试验采用注水加载，通过现场测量水深，来控制加载步骤。
2.3 加载制度
本试验采取分组加载方式，试验加载共分9级，每级加载间隔15min，待结构构件变形稳定后，测量测点变形值，并检查构件是否有裂缝及损伤的现象，然后进行下一级加载。达到检验荷载后，应持荷24h，每隔30min读取一次变形值，直到变形值在30min内不再明显增加为止。然后应分组卸荷，卸载分3级，每级卸除荷载20t，每级卸完持荷30min，在每一级荷载和卸荷全部完成后测取变形值，加/卸载制度见表1。
为了消除试验装置对试验的影响，在进行正式试验前，按0-20%-40%-0的顺序反复加、卸荷，每级加载间隔10min～15min，并实测布置测点变形值，直到最后两次量测变形值基本相等时，再进行正式试验。
加/卸载制度 表1
2.4 测量仪器及测点布置
2.4.1 磁致式静力水准仪测量原理
磁致式静力水准仪主要由测杆、电子仓和套在测杆上非接触的浮球（磁环）组成。测杆内装有磁致伸缩线（波导丝），测杆由不导磁的不锈钢管制成，可靠地保护了波导丝。工作时，由电子仓内电子电路产生一个起始脉冲，此起始脉冲在波导丝中传输时，同时产生了一沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与磁环中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被安装在电子仓内的拾能机构所接收并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地测出被测介质的液位高度，仪器见图2。
2.4.2 测点布置
为精确读取测量值，本次采用磁致式静力水准仪进行测量。本次试验共布置4个测点和1个基准点，4个测点分别布置于悬挑端最外侧钢梁、悬挑端最外侧混凝土梁及侧面悬挑端最外侧钢梁。测点位置布置见图3。
图2 测点布置示意图
图3 测点布置示意图
3 测试结果
加载完成后，持荷24h后，各测点变化稳定。1#测点最大下沉量为8.680mm，2#测点最大下沉量为8.279mm，3#测点最大下沉量为5.797mm，4#测点最大下沉量为2.294mm；卸载完毕后，1#测点最大残余变形为0.012mm，2#测点最大残余变形为0.013mm，3#测点最大残余变形为 0.078mm，4#测点残余变形为0.013mm。变形随荷载变化曲线见图4。
图4 变形随荷载变化曲线图
4 检验结论
①本次加载区域为1～3/C～F轴区域，试验最大试验荷载为4.2kN/m2，加载分9级，持荷24h，卸载分3级。1#测点最大下沉量为8.680mm，2#测点最大下沉量为8.279mm，3#测点最大下沉量为5.797mm，4#测点最大下沉量为2.294mm；卸载完毕后，1#测点最大残余变形为0.012mm，2#测点最大残余变形为0.013mm，3#测点最大残余变形为 0.078mm，4#测点残余变形为0.013mm。加载过程中混凝土结构及钢结构均未发现明显裂缝及损伤。
②本次试验实测梁底最大挠度与理论计算值较为接近，残余百分比均未超过规范规定的限值。
③从检验结果分析：该结构正常使用状态下承载能力满足要求。
5 结语
①荷载试验是在结构投入使用前的最后一次体检，最重要的是施工过程中的检测，对结构基础的施工质量、上部结构的施工质量以及各分项工程的检验能最大限度保证结构的安全。
②由于玻璃观景平台处在较险较高处，常用挠度测量仪器不便观测，且精度不够，采用磁致式静力水准仪，既方便观测，且精度较高，对于类似挠度测量有较高的参考价值。
③类似建筑在投入使用过程中需严格控制上人数量，并应定期进行检查及养护。
④由于该类建筑为人流集中区域，且结构悬挑较大，建议后续使用过程中加强监测，确保结构安全使用。
