林月云

(三明市建设工程质量服务中心 福建三明 353000)

0 引言

近年来，随着我国绿色环境设施建设的不断发展，许多城市森林公园都陆续建成各式风格的观光休闲人行栈道。钢管桁架结构因其跨越能力强、拼装速度快等优势，越来越多应用到人行栈道、天桥中[1-3]。由于我国钢结构安装水平的参差不齐，施工过程往往存在一定的误差、缺陷和损伤，近年来钢结构倒塌事故的频繁发生，也说明了对钢结构施工质量的把控尤其重要。根据闽建建〔2013〕44号文要求，对于多跨孔径总长超过30 m或单跨孔径20 m及以上的市政桥梁，以及采用新材料和新工艺的，应在设计文件注明在竣工验收前进行桥梁荷载的试验要求。某城市新建一环山钢管桁架人行栈道待投入使用，为提前了解建成后该结构在游客人群荷载下的服役状态，提前预警可能出现的安全性风险，本文依据现行检测技术标准，对其在静力设计载荷作用下的使用性能进行检验，分析其承载功能，对后续运行使用及维护提供技术参考和依据。

1 工程概况

本工程栈道主梁为钢管桁架结构，并由Y字型或V字型钢柱支撑，柱基础采用人工挖孔桩或人工挖孔墩。

本次检测选取一段跨度约为12.34 m的人行栈道，栈道两侧通过螺栓节点板与型钢柱支撑铰接。栈道面板总宽度为3 m，桁架节点构件均采用Q345全焊接钢结构。

两侧设铝合金倾斜栏杆，立柱高2.7 m。立柱与立柱间距1.2 m～1.9 m不等，栏杆立柱上设三道扶手。立柱底部通过10 mm厚镀锌板连接件通过螺栓与钢桁架连接。栏杆立柱钢板与桁架钢管的节点板通过螺栓连接，利用板件螺孔承压、螺杆抗剪来提供栏杆立柱反力。

人行栈道现场实景照片如图1所示，其结构立面示意图和横断面示意图如图2～图3所示。

根据结构设计单位提供的设计资料：人群活荷载为4.7 kN/m2，桁架吊挂荷载为0.5 kN/m2，栏杆水平荷载为2.5 kN/m，栏杆竖向荷载为1.7 kN/m。

图1 某人行栈道

图2 钢桁架栈道立面示意图

2 试验方案

本工程的人行栈道钢桁架结构，依据《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344-2004)[4]第6.9章的相关规定进行结构性能实荷检验。

由于该人行栈道即将投入使用，因此，本次检验仅对其进行使用性能检验，即证实结构在规定荷载的作用下不出现过大的变形和损伤，经过检验的结构应能正常使用。主要检测方法如下：

(1)通过人行栈道静载试验，测试主体钢桁架结构在检验荷载作用下的荷载-变形曲线，以及卸载后的残余变形，检验钢桁架主体结构的静力性能是否满足规范要求。

(2)对栈道栏杆立柱进行水平推力加载试验，以检验栏杆结构性能。

(3)通过对试验观测数据和试验现象综合分析，对实际结构做出总体评价，为竣工验收提供技术依据。

3 结构静载试验

3.1 试验荷载分析

人行栈道均采用跨内荷载满布的形式进行加载。由于栈道主要管道及吊具已经安装完成，因此荷载试验仅需考虑可变活荷载。根据标准[4]附录H中的相关规定，可变荷载的分项系数取为1.25。由于天桥上吊挂灯具已经安装完成，活荷载仅依据设计资料选取人群活荷载4.8 kN/m2作为检验荷载。将总施加的荷载平均分为5级来进行分级加载，每一级加载到规定荷载后持荷不低于1 h，并每隔15 min测量一次栈道变形，当变形数值不再明显增加则开始下一级加载。每一级加载完成后应对栈道主体结构各杆件、节点进行人工巡查，确认有无明显变形和损伤。

3.2 测点布置

栈道的变形测量主要针对跨中的竖向位移进行。在栈道跨中、两侧Y型钢柱支撑处3个横断面内，均设置两个左右对称的位移测点，如图3所示。跨中竖向位移需通过试验经支座位移进行修正得到。

图3 钢管桁架栈道位移测点示意图

3.3 试验过程及结果

采用木模板内铺塑料膜的方式，在栈道面板上搭设蓄水池，然后通过附近的消防水管引入塑料膜内的方式加载。通过钢尺测量模板内的蓄水高度，确定加载的荷载数值大小。现场加载情况如图4所示。

图4 钢管桁架栈道蓄水加载

本次静载试验共分为5级加载，分别为20%、40%、60%、80%、100%。各级荷载为1.2 kN/m2、2.4 kN/m2、3.6 kN/m2、4.8 kN/m2和6.0 kN/m2。

每级加载后均应检查栈道各构件安全状态。加载过程中，若发现荷载-位移曲线出现明显非线性，或结构构件工作状态出现异常时，应立即停止加载。

加载完成后进行卸载，当模板内蓄水全部抽出后继续测量栈道的残余变形。

现场测点的跨中横断面测点1和测点2的最大变形和残余变形数值，如表1所示。由表1可以看出，卸载后栈道跨中残余均不大于标准[4]附录H中规定的最大变形值的20%。

表1 栈道跨中位移测点最大变形和残余变形 mm

钢管桁架人行栈道跨中横断面荷载-位移曲线如图5所示。

由图5可以看出，跨中位移测点的荷载变形曲线基本为线性关系，说明满载作用下栈道主体结构处于弹性阶段。经过现场人工巡查，各杆件、节点未见明显变形和损伤。

以上分析结果表明，所测试的钢管桁架人行栈道使用性能满足标准[4]的相关要求。

图5 钢管桁架人行栈桥跨中横断面荷载-位移曲线

4 栏杆水平荷载推力试验

4.1 试验荷载分析

对栈道跨内选取2根栏杆立柱进行水平推力试验。在进行荷载试验时，忽略栏杆扶手的横向分布作用，假定栏杆立柱单独受力，通过两侧扶手长度换算栏杆立柱上水平等效检验推力。根据标准[4]附录H中的相关规定，可变荷载的分项系数取为1.25。

4.2 测点布置

水平方向位移测点位于立柱顶部。栏杆位移测点和加载装置如图6～图7所示。

图7 栈道栏杆立柱推力试验

4.3 试验过程及结果

采用槽钢及方钢通过螺栓连接成整体作为荷载的传力装置，以另一侧栏杆作为反力装置。装置安装后，将油压千斤顶安置在槽钢内部，千斤顶顶出方向指向试验栏杆，作用点为栏杆立柱的顶端。

用手动油泵向千斤顶油缸充油，对被检测的栏杆立柱施加水平推力荷载。试验分3级加载，各级荷载比例为检验荷载值的40%、80%、100%。

所抽取两根栏杆立柱的试验结果见表2所示。

表2 栈道水平位移测点1、测点2最大变形和残余变形数值 mm

图8 测点1栏杆荷载-水平位移曲线

图9 测点2栏杆荷载-水平位移曲线

由表2及图8～图9可以看出，所有测点荷载-水平位移曲线均表现出较好的线性关系。在满载情况下，栏杆立柱测点1最大弹性变形值为26.94 mm，残余变形1.32 mm，相对残余变形为4.9%；栏杆立柱测点2最大弹性变形值为15.04 mm，残余变形1.00 mm，相对残余变形为6.7%。栏杆的残余变形均小于标准[4]中规定的20%限值。经现场人工巡查发现，栈道栏杆各杆件、节点未见明显变形和损伤。

以上分析结果表明，所测试的钢管桁架人行栈道栏杆使用性能满足标准[4]的相关要求。

5 结论

本文对某钢管桁架人行栈道进行了竖向静力荷载试验和水平栏杆推力试验，分析钢管桁架人行栈道及其栏杆立柱的使用性能，得到如下结论：

(1)该方法能有效检测出人行栈道在竖向设计荷载作用下，其荷载-变形曲线基本成线性关系及残余变形。

(2)该方法能有效检测出人行栈道栏杆立柱在水平推力设计荷载作用下，其荷载-变形曲线基本成线性关系及残余变形，且不会损伤或导致人行栈桥发生变形。

(3)实践证明，该检测方法切实有效、方便快捷，为今后人行栈桥的使用性能检测提供了一种新的方式，对同类型桥梁的检测具有极大的参考价值。