4000kN樁基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)及承載力驗(yàn)算

李燁

（中浩工程檢測(cè)技術(shù)有限公司）

0 引言

近十年來(lái)，廣東省內(nèi)許多新設(shè)立的檢測(cè)公司在取得檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定證書后，都需要在業(yè)務(wù)所在地行政主管部門申請(qǐng)行政許可。根據(jù)廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布的《廣東省建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)條件》（粵建質(zhì)〔2010〕35號(hào)）中的樁基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)資質(zhì)分級(jí)條件要求，檢測(cè)單位樁基豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)資質(zhì)，申請(qǐng)?jiān)囼?yàn)荷載上限噸位為400噸，然后以半年為周期可向上級(jí)行政主管部門申報(bào)逐級(jí)晉升。申報(bào)資質(zhì)其中一個(gè)材料要求就是需要不小于當(dāng)前所申請(qǐng)等級(jí)荷載噸位上限的試驗(yàn)布置模擬圖、計(jì)算書。因此，本文對(duì)4000kN靜載試驗(yàn)鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)及承載力驗(yàn)算進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

1 鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)

擬進(jìn)行最大試驗(yàn)荷載為4000kN的單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)，采用自有鋼梁搭設(shè)平臺(tái)，壓重平臺(tái)重物及支撐均采用砼配重。砼配重尺寸長(zhǎng)2000mm、寬1000mm、高1000mm。砼配重采用鋼筋混凝土澆筑而成，每塊重約50kN。此處假設(shè)地基承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)實(shí)際使用情況，本文驗(yàn)算中鋼平臺(tái)安全系數(shù)取為1.1。

鋼平臺(tái)采用1根主梁和4根次梁搭設(shè)，最大堆載不小于4000kN。其中主梁尺寸長(zhǎng)8000mm、寬500mm、高800mm，自重54.62kN。每根次梁由4根工字鋼組成，次梁尺寸長(zhǎng)8000mm、寬1000mm、高500mm，由每根工字鋼自重9.89kN，因此每根次梁自重39.56kN。鋼平臺(tái)自重合計(jì)212.86kN。

鋼平臺(tái)有效堆載面積約32m2，每塊砼配重占用面積約2m2，平臺(tái)每層可布置16塊砼配重，砼配重應(yīng)層次交錯(cuò)搭接堆載。一般規(guī)定砼配重高度不應(yīng)大于8m，現(xiàn)按6層計(jì)算，合計(jì)96塊，砼配重合計(jì)總重4800kN。鋼平臺(tái)反力試驗(yàn)裝置立面示意圖如圖1所示。

圖1 鋼平臺(tái)反力試驗(yàn)裝置立面示意圖

2 驗(yàn)算部分

2.1 鋼材參數(shù)

本次設(shè)計(jì)中鋼梁均采用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，牌號(hào)為Q235，厚度均大于16mm。其材料強(qiáng)度相關(guān)參數(shù)有：抗拉強(qiáng)度205.00N/mm2、抗壓強(qiáng)度205.00N/mm2、抗彎強(qiáng)度205.00N/mm2、抗剪強(qiáng)度120.00N/mm2以及彈性模量206000N/mm2。

由《碳素結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 700-2006）中得知，厚度大于或等于16mm的Q235普通碳素結(jié)構(gòu)鋼相應(yīng)的屈服強(qiáng)度為235MPa，抗拉強(qiáng)度為370～500MPa。

鋼梁在制作之前，所用到的鋼材應(yīng)經(jīng)有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)單位檢測(cè)合格后，方可用于鋼梁的制作。

2.2 主梁計(jì)算

2.2.1 荷載計(jì)算

千斤頂上部平臺(tái)主次梁自重及砼配重堆載總荷載為5012.86kN，超過了千斤頂向上的總推力，主梁不能將上部壓重頂起，作用在主梁上的反作用力總和為4000－696.68×8×9.8/1000=3945.38kN?？紤]平臺(tái)次梁均勻密布，次梁之間空隙大約有50mm，可以將次梁給主梁的反作用力按均布荷載考慮，次梁施加在主梁上的均布力q=3945.38/8=493.17kN/m，荷載計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2

主梁重54.62kN，近似按照均布線載考慮為54.62/8=6.83kN/m。

主梁上總體作用均布線載：

493.17+6.83=500.00kN/m

千斤頂位置最大彎矩：

2.2.2 截面強(qiáng)度驗(yàn)算

主梁截面如圖3所示。

圖3

其截面特性有：截面面積A=1558.00㎝2、截面慣性矩 Ix=1018967.00㎝4、截面抵抗矩 Wx=25474.00㎝3、回轉(zhuǎn)半徑ix=25.57㎝、面積矩Sx=17411.50㎝3和截面塑性發(fā)展系數(shù)γx=1.05。

2.2.3 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

安全系數(shù)205.00/149.55=1.4＞1.1，故滿足使用要求。

2.2.4 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

安全系數(shù)120.00/20.10=6.0＞1.1，故滿足使用要求。

2.2.5 穩(wěn)定性驗(yàn)算

腹板h0/tw=（800－60）/30=24.7＜80

翼緣b0/t=（500－2×30）/30=14.7＜40

因此，局部穩(wěn)滿足使用要求。

2.2.6 撓度驗(yàn)算

根據(jù)v＜［v］，撓度變形滿足使用要求。

2.3 次梁計(jì)算

2.3.1 荷載計(jì)算

次梁承受靜荷載作用或漸進(jìn)式加荷作用，不考慮動(dòng)力系數(shù)。并且作用于梁上的荷載宜為均布荷載和均勻分布的集中荷載。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》（DBJ/T 15-60-2019）中的第8.2.3條規(guī)定，加載反力裝置能提供的反力不得小于最大試驗(yàn)荷載的1.2倍，擬定4根次梁承受總荷載為4800kN。本設(shè)計(jì)中的一根次梁由四根工字鋼組成，故一根工字鋼承受總荷載為300kN。

考慮工字鋼自重 9.89kN，因此 qk=（300+9.89）/8=38.74kN/m，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）中第3.2.4條，取分項(xiàng)系數(shù)為1.35，構(gòu)件重要性系數(shù)為1.0，則鋼梁荷載設(shè)計(jì)值q=1.35×38.74=52.30kN/m。

2.3.2 截面強(qiáng)度驗(yàn)算

次梁工字鋼截面如圖4所示。

圖4

其截面特性有：截面面積A=282.00㎝2、截面慣性矩Ix=104246.00㎝4、截面抵抗矩 Wx=4170.00㎝3、回轉(zhuǎn)半徑ix=192.00㎝、面積矩Sx=2488.00㎝3和截面塑性發(fā)展系數(shù)γx=1.05。

2.3.3 抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算

安全系數(shù)205.00/95.56=2.1＞1.1，故滿足使用要求。

2.3.4 抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

安全系數(shù)120.00/16.64=7.2＞1.1，故滿足使用要求。

2.3.5 穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017-2017），由于h0/tw=（500-60）/30=14.67＜80，可按構(gòu)造布置橫向加勁肋。

2.3.6 撓度驗(yàn)算

根據(jù)v＜［v］，撓度變形滿足使用要求。

3 應(yīng)用測(cè)試

本單位經(jīng)廣東省農(nóng)墾中心醫(yī)院委托，負(fù)責(zé)廣東省農(nóng)墾中心醫(yī)院門診綜合樓項(xiàng)目的地基基礎(chǔ)檢測(cè)工作。其中樁號(hào)為K93的預(yù)應(yīng)力管樁，樁徑500mm，樁長(zhǎng)39.8m，樁身強(qiáng)度C80，單樁抗壓承載力特征值為2000kN，設(shè)計(jì)持力層為中粗砂層。本次單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)最大試驗(yàn)荷載為4000kN，采用本文設(shè)計(jì)的鋼平臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)，采用砼配重堆載。根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)檢測(cè)規(guī)范》（DBJ/T 15-60-2019）中的第8.2.3條規(guī)定，加載反力裝置能提供的反力不得小于最大試驗(yàn)荷載的1.2倍，考慮砼配重長(zhǎng)期使用中會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量損耗，本次堆載砼配重98塊，每塊重約5噸，合計(jì)約490噸，符合規(guī)范要求。檢測(cè)過程中暫無(wú)撓度變形、局部形變、焊縫開裂、傾斜等其他異常情況?？梢姳疚牡撵o載試驗(yàn)鋼平臺(tái)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算是符合實(shí)際使用情況的。

本次單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)中采用武漢巖海工程技術(shù)有限公司的靜載荷測(cè)試儀，設(shè)備型號(hào)為RS-JYE，經(jīng)廣東省中山市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所檢定合格。在檢定有效期內(nèi)進(jìn)行本次檢測(cè)工作。其中單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)荷載-沉降數(shù)據(jù)匯總表如表1所示。

表1 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)荷載-沉降數(shù)據(jù)匯總

4 建議

在本次設(shè)計(jì)與驗(yàn)算的過程中，只是考慮在理想狀態(tài)下，實(shí)際應(yīng)用中，還需要考慮到焊縫質(zhì)量以及鋼梁的耐久性。

現(xiàn)今資質(zhì)申報(bào)的條款要求中，對(duì)鋼平臺(tái)這一部分一般只是需要計(jì)算書，并沒有對(duì)鋼梁這類設(shè)備要求提供檢定校準(zhǔn)證書，也沒有功能性核查的要求。靜載試驗(yàn)的油泵都有功能性核查記錄文件，安全隱患更大的鋼平臺(tái)就更需要關(guān)注。

鋼平臺(tái)的作業(yè)環(huán)境一般都是比較惡劣的，甚至于存放環(huán)境也不是那么良好。鋼梁經(jīng)過長(zhǎng)期的日曬雨淋，會(huì)氧化腐蝕，耐久性和安全性也會(huì)有所降低。有個(gè)別檢測(cè)單位的主梁在加載的過程中產(chǎn)生局部變形。安全第一，預(yù)防為主。為避免鋼梁在檢測(cè)工作中出現(xiàn)問題，在條件允許的情況下，可以委托有鋼結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)資質(zhì)的檢測(cè)單位定期對(duì)鋼梁進(jìn)行檢測(cè)。部分檢測(cè)單位自身有鋼結(jié)構(gòu)工程檢測(cè)資質(zhì)的情況下，也可以進(jìn)行自行檢測(cè)，出具報(bào)告后加蓋CMA章和報(bào)告章，作為鋼梁功能性核查文件，這樣能及時(shí)發(fā)現(xiàn)鋼梁存在的問題并能及時(shí)進(jìn)行加固，避免在工作中出現(xiàn)安全事故。因此，建議檢測(cè)單位或者勞務(wù)單位的鋼平臺(tái)計(jì)算書附上鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告以及鋼材檢測(cè)報(bào)告，會(huì)顯得更為嚴(yán)謹(jǐn)。