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 徐憲武

 （太原市建筑安全監(jiān)督管理站，山西  太原  030009）

[摘要]以某超高層建筑的內(nèi)爬外掛塔式起重機(jī)循環(huán)組合掛架現(xiàn)場測量結(jié)果為基礎(chǔ)，對其在塔式起重機(jī)負(fù)載運(yùn)行和自身爬升過程中的受力特點進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，塔式起重機(jī)在運(yùn)行過程中，截面邊緣纖維的應(yīng)力均小于所用鋼材的屈服強(qiáng)度設(shè)計值，滿足設(shè)計的使用要求；爬升過程中塔式起重機(jī)受力更不利。作用時間較短的大應(yīng)力并不影響塔式起重機(jī)的正常使用。

[關(guān)鍵詞]安裝；塔式起重機(jī)；內(nèi)爬外掛；測量；應(yīng)變；受力分析

[中圖分類號] TH213.3  [文章編號]1002-8498( 2016) 09-0034-05

 內(nèi)爬外掛塔式起重機(jī)循環(huán)組合掛架如圖1所示，掛架主要由支撐橫梁、斜拉桿、水平支撐、斜撐桿及次梁5個部分組成，支撐橫梁采用箱形截面，斜拉桿、水平支撐、斜撐桿采用無縫鋼管，次梁為H形截面。

1  測點布置

1.1  鋼管截面測點布置

沿截面中和軸或最小慣性矩軸布置測點（見圖

件截面面積。

1.2  箱形截面測點布置

 箱形截面構(gòu)件有軸向力Ⅳ和雙向彎矩M x，My作用時，對于實測的箱形截面測點布置如圖3所示。用外插法求出截面四角邊緣處的應(yīng)變值，即求出內(nèi)力。

2測量過程與結(jié)果分析

 內(nèi)爬外掛塔式起重機(jī)的外掛架分2次測量：第1次測量塔式起重機(jī)正常運(yùn)行過程中的應(yīng)變；第2次測量外掛架在塔式起重機(jī)爬升過程中應(yīng)變的大小。第1次測量時，下層掛架在已經(jīng)承受塔式起重機(jī)荷載作用下粘貼應(yīng)變片，因此在內(nèi)力計算時必須考慮第2次測量結(jié)果，即下層掛架卸載后的應(yīng)變。塔式起重機(jī)上層掛架粘貼應(yīng)變片時并沒有承擔(dān)荷載，因此兩次測量的結(jié)果沒有影響。因此，塔式起重機(jī)上層掛架兩次測量表示2種情況：①塔式起重機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時的受力情況；②塔式起重機(jī)爬升時，上層掛架成為下層掛架時的受力情況。測量工況根據(jù)現(xiàn)場施工順序確定，共分為6個工況，如表1所示。

2.1  斜拉桿內(nèi)力計算與分析

 斜拉桿采用無縫鋼管。第2次測量的應(yīng)變一時間關(guān)系如圖4所示。從圖4可以看出：第2次測量時，斜拉桿的應(yīng)變從開始接近零到某時刻(大約200s)產(chǎn)生突變，以后趨于恒定。這主要是塔式起重機(jī)自重（荷載）轉(zhuǎn)移：在沒有開始爬升前，塔式起重機(jī)的自重是由下層掛架承擔(dān)；當(dāng)開始爬升后，塔式起重機(jī)的自重由下層掛架承擔(dān)轉(zhuǎn)移到爬帶承擔(dān)，而爬帶是固定在塔式起重機(jī)的支架上由上層掛架承擔(dān)，對于下層掛架來說是卸載。因此，斜拉桿恢復(fù)變形，應(yīng)變片測量結(jié)果為負(fù)，這與前面所述下層掛架上應(yīng)變片是在承受塔式起重機(jī)荷載時粘貼一致。

 斜拉桿在塔式起重機(jī)正常運(yùn)行過程中，真實的應(yīng)變值是第1次測量的應(yīng)變值與第2次測量的應(yīng)變值之和。在計算第2次測量的應(yīng)變值時，取卸載后各測點的平均應(yīng)變。塔式起重機(jī)正常運(yùn)行過程中，斜拉桿測量點的應(yīng)變與時間的關(guān)系如圖5所示。

 從圖5可以得出：在正常運(yùn)行過程中，斜拉桿的最大拉應(yīng)力為49. 37 N/mm2，作用時間較長。由于塔式起重機(jī)的突然加卸載或者銷軸的移動，可能導(dǎo)致某些測點的應(yīng)變突然增大，但是作用時間較短（持續(xù)時間僅為1～3 s），對于斜拉桿可能產(chǎn)生的最大拉力為275 N/mm2，已經(jīng)超過鋼材的屈服強(qiáng)度設(shè)計值，但小于鋼材屈服強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值。

 為計算在塔式起重機(jī)正常運(yùn)行過程中斜拉桿承受的內(nèi)力，不考慮應(yīng)變隨時間變化過程中持續(xù)時間短的較大應(yīng)變，分別按不同工況下的平均應(yīng)變來計算。計算結(jié)果如表2所示，橫截面面積均為14 217. 92mm2，彈性模量E=2. 06×105N.mm-2。

2.2上層主梁內(nèi)力計算與分析

2. 2.1  塔式起重機(jī)爬升時上層主梁內(nèi)力

 塔式起重機(jī)爬升過程中，上層主梁靠近斜拉桿的同一橫截面內(nèi)兩側(cè)和梁頂?shù)膽?yīng)變與時間的關(guān)系如圖6所示。從圖6可以看出：在塔式起重機(jī)爬升過程中，自重由下層掛架承受轉(zhuǎn)到上層掛架承受時，上層主梁的應(yīng)變突然增大，之后應(yīng)變值隨時間的變化較小，而且變化趨勢一致，證明測量結(jié)果是正確的；測量所得的應(yīng)變值除偶然的突變之外均較�。ㄗ畲罄瓚�(yīng)變?yōu)?50με，應(yīng)變乘以彈性模量等于應(yīng)力，即250×10-6×2.06×105= 51. 5N/mm2<屈服強(qiáng)度設(shè)計值295 N/mm2），說明構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)受力，應(yīng)力應(yīng)變呈直線規(guī)律變化；圖中應(yīng)變在500s處應(yīng)變突變，可能是由于銷軸與耳邊接頭突然變位引起的。測得箱形截面4個角點的應(yīng)力如圖7所示。

2.2.2塔式起重機(jī)運(yùn)行過程中上層主梁內(nèi)力

 塔式起重機(jī)運(yùn)行過程中，上層主梁靠近斜拉桿的同一橫截面內(nèi)兩側(cè)和梁頂?shù)膽?yīng)變與時間的關(guān)系如圖8所示。從圖中可知：在整個塔式起重機(jī)運(yùn)行過程中，只有某一工況下截面出現(xiàn)受拉和受壓，其余情況下整個截面所測點的應(yīng)力均為受拉。采用與上述塔式起重機(jī)爬升過程中上層梁截面同樣的分析方法可以求出截面各邊緣纖維應(yīng)變，然后其乘以彈性模量求出各測點的應(yīng)力。上層主梁在塔式起重機(jī)運(yùn)行過程中內(nèi)力如表3所示。

2.3下層主梁內(nèi)力計算與分析

2.3.1塔式起重機(jī)爬升時下層主梁內(nèi)力

 塔式起重機(jī)爬升過程中，下層主梁處于卸載狀態(tài)，下層主梁靠近斜拉桿的同一橫截面內(nèi)兩側(cè)和梁頂?shù)膽?yīng)變與時間的關(guān)系如圖9所示。從圖中可以看出：在塔式起重機(jī)爬升過程中，塔式起重機(jī)自重荷載由下層轉(zhuǎn)到上層掛架，下層主梁的應(yīng)變突然增大，之后基本保持不變。因此，在考慮塔式起重機(jī)正常運(yùn)行時，必須加上爬升后下層主梁卸載后的應(yīng)變，對于這些測點取各自卸載后平均應(yīng)變，如表4所示。

2.3.2  塔式起重機(jī)運(yùn)行時下層主梁內(nèi)力

 由于下層主梁的應(yīng)變片粘貼是在已經(jīng)承受塔式起重機(jī)荷載作用下進(jìn)行的，因此下層主梁在塔式起重機(jī)運(yùn)行時的應(yīng)變必須考慮下層主梁卸載后的應(yīng)變。把表5所列各測點的應(yīng)變反號加到第1次測量時對應(yīng)各測點上即為塔式起重機(jī)運(yùn)行時下層主梁的應(yīng)變。靠近斜拉桿位置處下層主梁截面在塔式起重機(jī)運(yùn)行時的不同測點應(yīng)變隨時間的變化關(guān)系如圖10所示。下層主梁在塔式起重機(jī)運(yùn)行過程中內(nèi)力如表5所示。

 在塔式起重機(jī)運(yùn)行時，下層掛架的長水平撐桿應(yīng)變隨時間的變化如圖11所示。從圖中可以看出：水平撐桿應(yīng)變測量的整個過程中也會出現(xiàn)突變，但是其對應(yīng)的兩個應(yīng)變點的應(yīng)變值幾乎相等。

 在塔式起重機(jī)運(yùn)行測量過程中，下層掛架長水平撐桿內(nèi)力的計算與斜拉桿的計算相同。在整個測量過程中，只有在某一工況下承受拉力，其余工況下長水平撐桿應(yīng)變幾乎接近零，即長水平撐桿幾乎不受力。通過計算長水平撐桿最大拉力N=εmE s A =177×10-6×2.06×105×7 382/1 000= 269kN。

3  結(jié)語

 通過先后兩次測量外掛架各構(gòu)件的應(yīng)變，對上層外掛架在塔式起重機(jī)運(yùn)行和爬升過程中以及下層外掛架在塔式起重機(jī)運(yùn)行過程中受力性能進(jìn)行分析，表明塔式起重機(jī)在運(yùn)行過程中，截面邊緣纖維的應(yīng)力均小于所用鋼材的屈服強(qiáng)度設(shè)計值，滿足設(shè)計的使用要求；但在塔式起重機(jī)爬升過程中，由于全部塔式起重機(jī)自重由一層掛架承受，截面邊緣纖維的應(yīng)力比塔式起重機(jī)運(yùn)行過程中的應(yīng)力大，而且受到較大的扭矩作用，故爬升過程中塔式起重機(jī)受力更不利。作用時間較短的大應(yīng)力并不影響塔式起重機(jī)的正常使用。