伍勇軍，王 磊，李健強(qiáng)，楊 勛，滕洪園， 沈仁菊，李 濤

(1.中建三局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430064； 2.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070)

0 引言

大型建筑工程施工涉及大量塔式起重機(jī)、模架、棧道等設(shè)備，設(shè)備需與結(jié)構(gòu)臨時(shí)附著，這些設(shè)備、設(shè)施的傳統(tǒng)附著件主要采用預(yù)埋件和鋼牛腿焊接。傳統(tǒng)附著件主要存在以下缺點(diǎn)：①無法周轉(zhuǎn)、投入量大、成本高；②焊接作業(yè)條件差、安全風(fēng)險(xiǎn)高；③施工作業(yè)時(shí)間長、影響工期；④產(chǎn)生大量廢棄物，污染環(huán)境。

基于附著件的以上缺點(diǎn)，研發(fā)一種可周轉(zhuǎn)混凝土結(jié)構(gòu)附著件，該附著件由可取出預(yù)埋件及其配套的外部連接件組成，根據(jù)承載位置需求分布在混凝土結(jié)構(gòu)上。該附著件具有可周轉(zhuǎn)使用、綠色經(jīng)濟(jì)；裝配連接、快速高效；工廠制作、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，在成本、工效、安全和環(huán)保上具有顯著優(yōu)勢。

1 工程概況

武漢長江中心項(xiàng)目B1地塊總建筑面積為349 055m2， 建筑高度為380m。B1地塊作為集超高層辦公與特色商業(yè)區(qū)為一體的城市商業(yè)綜合體，具有地區(qū)標(biāo)識(shí)性，是繼武漢中心及綠地中心后又一武漢市新地標(biāo)。

該建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用輕量化集成平臺(tái)作為主體結(jié)構(gòu)的施工設(shè)備，并采用內(nèi)爬式塔式起重機(jī)作為垂直運(yùn)輸設(shè)備，設(shè)備通過可周轉(zhuǎn)混凝土附著件與墻體結(jié)構(gòu)連接，如圖1所示。

圖1 集成平臺(tái)及塔式起重機(jī)

塔式起重機(jī)可周轉(zhuǎn)附著件包括可取出的預(yù)埋螺栓、定位板、連接螺栓、水平頂緊構(gòu)造和鋼牛腿等；集成平臺(tái)可周轉(zhuǎn)附著件包括可取出預(yù)埋螺栓、定位板、連接螺栓和鋼支座等，如圖2所示。

圖2 可周轉(zhuǎn)附著件

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

1)分析內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件在2 000kN設(shè)計(jì)荷載作用下的受力性能及預(yù)埋件周邊墻體和鋼筋的安全性。

2)分析輕量化集成平臺(tái)附著件在800kN設(shè)計(jì)荷載作用下的受力性能及預(yù)埋件周邊墻體和鋼筋的安全性。

2.2 試驗(yàn)方法

采用原墻體結(jié)構(gòu)作為塔式起重機(jī)、輕量化集成平臺(tái)可周轉(zhuǎn)附著件的加載本體，具體試驗(yàn)步驟如下。

1)內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件靜態(tài)承載力試驗(yàn)采用分級(jí)加載，每級(jí)荷載為100kN，每級(jí)加載完成后持荷5min。加載過程中通過力傳感器測量施加荷載，并通過位移傳感器測量內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件鋼牛腿承載面的豎向位移。

2)輕量化集成平臺(tái)附著件靜態(tài)承載力試驗(yàn)同樣采用分級(jí)加載，每級(jí)荷載為100kN,每級(jí)加載完成后持荷5min。加載過程中通過力傳感器測量施加荷載，并通過位移傳感器測量輕量化集成平臺(tái)附著件掛爪在水平加載方向上的位移。

3)先進(jìn)行預(yù)加載，加載幅值為設(shè)計(jì)荷載的20%，以便檢查整個(gè)加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)工作性能是否良好，同時(shí)消除所測附著件各部件間及其與墻體間潛在的影響加載的縫隙。

2.3 加載裝置設(shè)計(jì)

試件采用1∶1等比例構(gòu)件，在項(xiàng)目現(xiàn)場地下1層某剪力墻位置開展加載試驗(yàn)測試，該剪力墻墻厚、配筋、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、鋼筋等級(jí)與后序用于支撐內(nèi)爬塔式起重機(jī)的墻體相同。墻體平面尺寸及測試構(gòu)件位置如圖3所示。

圖3 墻體平面尺寸及測試構(gòu)件位置

墻體混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，鋼筋等級(jí)為HRB335，墻厚400mm，保護(hù)層厚度為35mm，水平分布筋為φ10@125(2排)，豎向分布筋為φ10@125(2排)，拉筋為φ8@375。

內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件鋼牛腿為Q355B鋼，屈服強(qiáng)度為355MPa，彈性模量為206GPa。輕量化集成平臺(tái)附著件鋼牛腿為Q235B鋼，屈服強(qiáng)度為235MPa，彈性模量為206GPa。

加載時(shí)，內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件以上部安裝的牛腿為反力點(diǎn)。輕量化集成平臺(tái)附著件旋轉(zhuǎn)90°安裝，以便利用內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件的鋼牛腿提供反力支點(diǎn)。試驗(yàn)時(shí)先進(jìn)行內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件加載測試，完成后再對輕量化集成平臺(tái)附著件進(jìn)行加載測試。

2.4 傳感器布置

使用單向應(yīng)變片測量加載過程中內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件預(yù)埋螺栓周圍鋼筋應(yīng)變，內(nèi)爬塔式起重機(jī)、輕量化集成平臺(tái)附著件預(yù)埋螺栓周圍應(yīng)變片數(shù)量、位置及編號(hào)如圖4所示。

圖4 預(yù)埋螺栓周圍應(yīng)變片布置

使用三向應(yīng)變花測量內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件鋼牛腿最大應(yīng)變部位的應(yīng)變發(fā)展，使用位移傳感器測量鋼牛腿承載面底部豎向位移，如圖5所示。使用位移傳感器測量輕量化集成平臺(tái)附著件承載掛爪的水平位移，如圖6所示。

圖5 內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件鋼牛腿應(yīng)變花和位移計(jì)布置

圖6 輕量化集成平臺(tái)附著件位移計(jì)布置

3 內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件試驗(yàn)結(jié)果

3.1 荷載位移分析

內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件荷載-位移曲線如圖7所示。由圖7可知，內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件在加載至 2 000kN 設(shè)計(jì)荷載時(shí)，荷載-位移曲線基本符合線性關(guān)系，表明整個(gè)附著件仍處于彈性階段。達(dá)到 2 000kN 設(shè)計(jì)荷載時(shí)，鋼牛腿承載面發(fā)生了6.4mm的豎向位移。

圖7 內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件荷載-位移曲線

3.2 鋼牛腿應(yīng)變分析

內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件鋼牛腿應(yīng)變曲線如圖8所示。

圖8 內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件鋼牛腿應(yīng)變曲線

由圖8a可知，應(yīng)變花1水平向應(yīng)變變化最大，加載至2 000kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)達(dá)-141με。由圖8b可知，加載至2 000kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)，該測點(diǎn)的最大和最小主應(yīng)變分別為166，-143με，表明應(yīng)變花1測點(diǎn)仍處于彈性應(yīng)變狀態(tài)。

由圖8c可知，加載至2 000kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)，應(yīng)變花2斜45°方向應(yīng)變發(fā)展最大，達(dá)-53με。由圖8d可知，加載至2 000kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)，該處的最大和最小主應(yīng)變分別為101，-54με，表明應(yīng)變花2測點(diǎn)仍處于彈性應(yīng)變狀態(tài)。

比較2個(gè)應(yīng)變花的應(yīng)變數(shù)據(jù)可知，應(yīng)變花1測點(diǎn)在加載至2 000kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)，應(yīng)變水平較高，但仍處于彈性應(yīng)變狀態(tài)。此外通過有限元分析可知，應(yīng)變花1測點(diǎn)部位是鋼牛腿受力時(shí)的最大應(yīng)變部位，據(jù)此可推斷整個(gè)鋼牛腿在加載至2 000kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)仍處于彈性應(yīng)變狀態(tài)。

3.3 預(yù)埋螺栓周邊鋼筋應(yīng)變及墻體開裂分析

內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件預(yù)埋螺栓周邊鋼筋應(yīng)變曲線如圖9所示?，F(xiàn)場鋼牛腿安裝時(shí)，工人對應(yīng)變片外接導(dǎo)線造成了不同程度的毀壞，圖中為尚能正常使用帶編號(hào)的應(yīng)變及無編號(hào)的應(yīng)變。

圖9 內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件鋼牛腿處預(yù)埋螺栓周邊鋼筋應(yīng)變曲線

由圖9可知，測得的鋼筋最大應(yīng)變?yōu)?10με，對應(yīng)應(yīng)力約為162MPa，未超過HRB335鋼筋的名義屈服應(yīng)力335MPa。試件拆除后，墻體未發(fā)現(xiàn)由加載引起的開裂損傷。

4 輕量化集成平臺(tái)附著件試驗(yàn)結(jié)果

4.1 荷載位移分析

輕量化集成平臺(tái)附著件荷載-位移曲線如圖10所示。由圖10可知，輕量化集成平臺(tái)附著件在加載初期出現(xiàn)位移滑動(dòng)，這主要由掛爪的銷軸縫隙造成。位移超過2mm后，曲線基本呈線性關(guān)系，表明附著件仍處于彈性工作階段。在達(dá)到800kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)，掛爪承載面發(fā)生了8.8mm的水平位移。

圖10 輕量化集成平臺(tái)附著件荷載-位移曲線

4.2 預(yù)埋螺栓周邊鋼筋應(yīng)變及墻體開裂分析

輕量化集成平臺(tái)附著件預(yù)埋螺栓周邊鋼筋應(yīng)變曲線如圖11所示?，F(xiàn)場試件安裝時(shí)，工人對應(yīng)變片外接線造成了不同程度的毀壞，圖中為尚能正常使用帶編號(hào)的應(yīng)變。

圖11 輕量化集成平臺(tái)附著件預(yù)埋螺栓周邊鋼筋應(yīng)變曲線

由圖11可知，測得的預(yù)埋螺栓周邊鋼筋最大應(yīng)變?yōu)?40με，對應(yīng)應(yīng)力約為168MPa，未超過HRB335鋼筋的名義屈服應(yīng)力335MPa，表明這些鋼筋在輕量化集成平臺(tái)附著件承受800kN設(shè)計(jì)荷載時(shí)應(yīng)力水平未超過極限。試件拆除后，墻體未發(fā)現(xiàn)由加載造成的開裂損傷。

5 結(jié)語

1)所測內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件能承受 2 000kN 設(shè)計(jì)靜荷載。Q355B鋼牛腿在 2 000kN 設(shè)計(jì)靜荷載下仍處于彈性狀態(tài)。鋼牛腿預(yù)埋螺栓周邊鋼筋最大應(yīng)變?yōu)?10με，在內(nèi)爬塔式起重機(jī)附著件承受2 000kN設(shè)計(jì)靜荷載時(shí)未超過其名義屈服應(yīng)力，試件拆除后，未發(fā)現(xiàn)墻體開裂等損傷。

2)所測輕量化集成平臺(tái)附著件能承受800kN設(shè)計(jì)靜荷載，測得的附著件預(yù)埋螺栓周邊鋼筋最大應(yīng)變?yōu)?40με，表明這些鋼筋在輕量化集成平臺(tái)附著件承受800kN設(shè)計(jì)靜荷載時(shí)應(yīng)力水平未超過其名義屈服應(yīng)力，試件拆除后，未發(fā)現(xiàn)墻體開裂等損傷。