CN116893107A - 内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置及试验方法，该装置包括基础底板、剪力墙、加载系统和监测系统，剪力墙设置于基础底板上；剪力墙上方设有第一油缸；剪力墙的侧面安装有第一吊点，地面预留有第二吊点，第一、第二吊点之间连接有葫芦；加载系统包括第一埋件牛腿，第一埋件牛腿的底部安装有用于施加竖向荷载的第二油缸，第一埋件牛腿的侧面安装有用于施加水平荷载的第三油缸；监测系统包括若干荷载传感器和应变片，以监测受试对象的应力、应变及变形情况。本发明采用葫芦对剪力墙产生约束，以抵消对附墙装置施加竖向荷载时产生的弯矩，继而限制墙体变形；且可以对第一埋件牛腿同时施加水平荷载和竖向荷载，与实际工况相符。

Description

内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及土木工程试验技术领域，尤其涉及一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置及试验方法。

背景技术

超高层建设施工中，常采用大型施工机械以实现施工人员、设备及材料的运输。随着建筑高度的不断增加，施工机械的高度需随着建筑结构的增加而升高，当建筑物高度达到一定高度后，施工机械需要附着在建筑结构上进行爬升，以提高施工效率，保证施工的顺利进行，因此施工机械与建筑结构的连接显得尤为重要。

大型施工机械中，塔吊作为施工材料垂直运输的重要装备在工程建设中承担着重要的作用，内爬塔吊因其相对于固定基础自升式塔吊的众多优势被用于众多超高层建设项目中。通常内爬塔吊需借助三组支撑钢梁及油缸动力系统进行爬升，其自重及水平、竖向荷载经塔身传递至支撑钢梁上，再由支撑钢梁传递至牛腿及埋件，最终传递至核心筒剪力墙。对于内爬塔吊，建筑结构不仅要承受其水平荷载，还需承受竖向荷载。因此，相比于固定基础塔吊不承受竖向荷载的附墙装置，将内爬塔吊的附墙装置称为附墙支撑装置，主要包括埋件牛腿和预埋件。

对附墙支撑装置受力性能的研究主要有理论计算、数值模拟及试验等方式。理论分析常用于计算受力性能单一的配件；数值模拟分析成本较低，可以迅速得到大量的分析结果，可作为设计中的参考因素；试验是研究附墙支撑装置受力情况的主要手段。现有的力学试验分析方法一般为模型试验和足尺试验，模型试验又分为两种，一种是离心模型试验，另一种是单元体试验。离心模型试验常结合土工离心机进行，其特点在于可以尽可能还原研究对象所处的受力环境，但实际操作过程中，试验辅助装置也需要根据相似比进行缩尺，对试验效果的充分发挥提出了挑战；单元体试验可利用较少的试验成本得到较多的数据，但存在尺寸效应以及不能完全模拟现场实际情况等问题，对工程应用的指导不足；足尺试验能充分还原研究对象的受力环境，最能反应研究对象的受力状态，因此足尺试验被广泛应用于受力性能研究。

现有的对附墙支撑装置的足尺试验主要以竖向加载试验为主，未考虑到实际塔吊工作中受到的水平向荷载会传递至支撑装置，或者忽略了水平荷载对附墙装置的影响。产生的问题是：不能充分还原研究对象的真实受力状态，对水平和竖向荷载的耦合作用研究不明确，可能会导致设计偏于保守，材料浪费，通过试验指导设计的作用还需加强。另外，对附墙装置的试验中，常采用单面墙体进行相关试验，单面墙体可简化为悬臂结构，施加外部荷载时容易产生挠度，而实际剪力墙为框架结构，受到各方向的约束，不容易产生变形，二者存在差异。

发明内容

本发明提供一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置及试验方法，以解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，包括基础底板、剪力墙、加载系统和监测系统，

所述剪力墙设置于所述基础底板上；

所述剪力墙上方设有用于为所述剪力墙的顶部提供模拟重力荷载的第一油缸；所述剪力墙的侧面安装有第一吊点，地面预留有第二吊点，所述第一吊点与第二吊点之间连接有葫芦；

所述加载系统包括第一埋件牛腿，所述第一埋件牛腿安装于所述剪力墙上，所述第一埋件牛腿的底部安装有用于为所述第一埋件牛腿施加竖向荷载的第二油缸，所述第一埋件牛腿的侧面安装有用于为所述第一埋件牛腿施加水平荷载的第三油缸；

所述监测系统包括若干荷载传感器和应变片，所述荷载传感器安装于所述第一油缸与所述剪力墙之间，以及所述第一埋件牛腿与所述第二油缸和第三油缸之间；所述应变片粘贴于所述第一埋件牛腿和剪力墙的表面。

较佳地，所述加载系统还包括第二埋件牛腿，所述第二埋件牛腿安装于所述剪力墙上与所述第一埋件牛腿相背的一侧，且所述第二埋件牛腿和第一埋件牛腿分别位于所述剪力墙的对角位置。

较佳地，所述第一埋件牛腿和第二埋件牛腿分别包括预埋件、预埋板、承托腹板、侧向耳板、侧向加强肋板以及底部加强肋板，所述预埋件预埋于所述剪力墙内，所述预埋板贴附于所述剪力墙的侧面并与所述预埋件连接，所述承托腹板垂直安装于所述预埋板上，所述侧向耳板安装于所述承托腹板的两侧，所述侧向加强肋板支撑于所述侧向耳板与所述预埋板之间，所述底部加强肋板支撑于所述承托腹板与所述预埋板之间。

较佳地，所述第一油缸的固定端安装在跨设于所述剪力墙两侧的龙门架上，输出端与所述剪力墙的顶部接触。

较佳地，所述剪力墙的顶部铺设有钢板，所述第一油缸的输出端与所述钢板接触。

较佳地，所述第一油缸为两个，两个所述第一油缸由同一个泵站同步控制。

较佳地，所述第二油缸的固定端通过底座固定于所述基础底板上，输出端与所述第一埋件牛腿的底部接触。

较佳地，所述第三油缸采用穿心式油缸，所述穿心式油缸的两端分别连接一承力墙以及所述第一埋件牛腿的侧面。

较佳地，所述监测系统还包括安装于所述剪力墙前部的摄像机，所述第一埋件牛腿位于所述摄像机的视野范围内。

本发明还提供了一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验方法，采用如上所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，包括如下步骤：

步骤1：依次设置所述基础底板和剪力墙，并在所述剪力墙上安装所述第一埋件牛腿；

步骤2：安装所述加载系统和监测系统；

步骤3：采用所述第一油缸对所述剪力墙施加荷载；

步骤4：利用所述第二油缸对所述第一埋件牛腿分级施加竖向荷载，利用所述第三油缸对所述第一埋件牛腿分级施加水平荷载，同时利用所述荷载传感器和应变片监测所述剪力墙和所述第一埋件牛腿的应力、应变及变形情况。

与现有技术相比，本发明提供的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置及试验方法具有如下优点：

1、本发明采用第一油缸对剪力墙施加作用力，同时配合葫芦对墙体进行约束，用以抵消对附墙装置施加竖向荷载时产生的弯矩，通过此种方式可以限制墙体的变形，达到更能模拟实际工况的试验条件；

2、本发明可以对埋件牛腿同时施加水平和竖直方向的荷载，能够得到研究对象实际的受力情况，同时可研究两种荷载对研究对象的耦合作用。

附图说明

图1为本发明一具体实施方式中内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置的立体结构示意图；

图2为本发明一具体实施方式中内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置的主视图；

图3为本发明一具体实施方式中内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置的侧视图；

图4和图5分别为本发明一具体实施方式中埋件牛腿的结构示意图。

图中：10-基础底板、20-剪力墙、31-第一油缸、32-第一吊点、33-第二吊点、34-葫芦、35-龙门架、36-钢板、37-泵站、40-第一埋件牛腿、41-预埋件、42-预埋板、43-承托腹板、44-侧向耳板、45-侧向加强肋板、46-底部加强肋板、50-第二油缸、51-底座、60-第三油缸、61-螺杆、62-紧固螺栓、70-第二埋件牛腿、80-摄像机。

具体实施方式

为了更详尽的表述上述发明的技术方案，以下列举出具体的实施例来证明技术效果；需要强调的是，这些实施例用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明提供的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，如图1至图3所示，包括基础底板10、剪力墙20、加载系统和监测系统，其中：

所述剪力墙20设置于所述基础底板10上，在一些实施例中，基础底板10和剪力墙20均可以采用混凝土浇筑而成。

所述剪力墙20上方设有用于为所述剪力墙20的顶部提供模拟重力荷载的第一油缸31；所述剪力墙20的侧面安装有第一吊点32，地面预留有第二吊点33，所述第一吊点32与第二吊点33之间连接有葫芦34。本申请可以采用第一油缸31在墙体上部施加荷载来模拟上部重力荷载，还原剪力墙20的实际受力状态；同时还可以配合使用一对葫芦34连接墙体上部两角与地面，对墙体产生约束，抵消由于施加竖向荷载时产生的弯矩，达到限制墙体变形的目的。

所述加载系统包括第一埋件牛腿40，第一埋件牛腿40是试验中的主要研究对象；所述第一埋件牛腿40安装于所述剪力墙20上，所述第一埋件牛腿40的底部安装有用于为所述第一埋件牛腿40施加竖向荷载的第二油缸50，所述第一埋件牛腿40的侧面安装有用于为所述第一埋件牛腿40施加水平荷载的第三油缸60。本申请采用第二油缸50和第三油缸60对第一埋件牛腿40同时施加水平方向和竖直方向的荷载，能够得到研究对象实际的受力情况，同时可研究两种荷载对研究对象的耦合作用。

所述监测系统包括若干荷载传感器和应变片(未图示)，所述荷载传感器安装于所述第一油缸31与所述剪力墙20之间，所述第一埋件牛腿40与所述第二油缸50之间，以及所述第一埋件牛腿40与所述第三油缸60之间；所述应变片粘贴于所述第一埋件牛腿40和剪力墙20的表面。所述荷载传感器和应变片用于监测应力及应变情况，并设置为位移计，记录变形情况。

在一些实施例中，请重点参考图1和图2，所述加载系统还包括第二埋件牛腿70，所述第二埋件牛腿70作为试验的备份，其安装于所述剪力墙20上与所述第一埋件牛腿40相背的一侧，且所述第二埋件牛腿70和第一埋件牛腿40分别位于所述剪力墙20的对角位置。考虑到埋件牛腿(包括第一埋件牛腿40和第二埋件牛腿70)在剪力墙20中受力的边界效应，本发明采用上下左右错开布置的方式安装第二埋件牛腿70和第一埋件牛腿40，使二者分别位于剪力墙20的对角位置，即可在互不影响的情况下进行两个埋件牛腿的加载试验，达到节省试验材料、降低试验成本的目的。

在一些实施例中，请重点参考图3至图5，所述第一埋件牛腿40和第二埋件牛腿70的结构可以完全相同，包括预埋件41、预埋板42、承托腹板43、侧向耳板44、侧向加强肋板45以及底部加强肋板46，所述预埋件41预埋于所述剪力墙20内，所述预埋板42贴附于所述剪力墙20的侧面并与所述预埋件41连接，实现埋件牛腿与剪力墙20的牢固连接；所述承托腹板43垂直安装于所述预埋板42上，用于直接接触第二油缸50并承受第二油缸50施加的竖向荷载，所述侧向耳板44安装于所述承托腹板43的两侧，用于直接接触第三油缸60并承受所述第三油缸60施加的水平荷载；所述侧向加强肋板45支撑于所述侧向耳板44与所述预埋板42之间，用于减少侧向耳板44变形；所述底部加强肋板46支撑于所述承托腹板43与所述预埋板42之间，用于减少承托腹板43变形。

在一些实施例中，请重点参考图1至图3，所述第一油缸31的固定端安装在跨设于所述剪力墙20两侧的龙门架35上，输出端与所述剪力墙20的顶部接触，利用所述龙门架35为第一油缸31提供反力。在一些实施例中，所述剪力墙20的顶部铺设有钢板36，所述第一油缸31的输出端与所述钢板36接触。可以采用与剪力墙20的上表面形状和大小相同的厚钢板放置于剪力墙20上，用于将第一油缸31施加的荷载转化为剪力墙20顶部的近似均布荷载。

在一些实施例中，请继续参考图1至图3，所述第一油缸31为两个，两个所述第一油缸31由同一个泵站37同步控制，以控制两个第一油缸31输出相同大小的作用力，进一步防止试验中因不对称加载等问题产生的额外弯矩导致墙体产生挠度甚至出现裂缝。

在一些实施例中，请继续参考图1至图3，所述第二油缸50的固定端通过底座51固定于所述基础底板10上，输出端与所述第一埋件牛腿40的底部接触。本发明采用受试对象(第一埋件牛腿40)倒置安装的方式，由原先的需要反力架提供反力变为由基础底板10提供反力，免去了增加一套反力架的繁琐，进一步简化了受力加载试验装置，降低了试验成本。

在一些实施例中，请继续参考图1至图3，所述第三油缸60可以采用穿心式油缸，所述穿心式油缸的两端分别连接一承力墙(本实施例中同样采用了一个独立的剪力墙20)以及所述第一埋件牛腿40的侧面，具体地，穿心式油缸采用内部的螺杆61连接至埋件牛腿的侧向耳板44，并用紧固螺栓62固定。

在一些实施例中，请重点参考图3，所述监测系统还包括安装于所述剪力墙20前部的摄像机80，所述第一埋件牛腿40位于所述摄像机80的视野范围内。本申请在剪力墙20前部适当位置安装高清的摄相机80，提供了无损式的图像监测，可以对剪力墙20与第一埋件牛腿40的变形情况进行有效、实时的监测，后期经处理即可得到研究对象的变形信息。

请结合图1至图5，本发明还提供了一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验方法，采用如上所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，包括如下步骤：

步骤1：依次设置所述基础底板10和剪力墙20，并在所述剪力墙20上安装所述第一埋件牛腿40。具体地，可以先浇筑混凝土基础底板10；然后对预埋件41进行整体组装；然后进行剪力墙20钢筋的绑扎并放线定位，用于安装预埋件41，之后固定预埋件41并进行预埋质量检测；然后进行模板施工并浇筑混凝土剪力墙20；待混凝土养护至预定强度后，倒置安装第一埋件牛腿40其他部件并进行质量检测。

步骤2：安装所述加载系统和监测系统。包括：安装好龙门架35，将与剪力墙20大小相同的钢板36放置在埋设有预埋件41的剪力墙20的上表面，并在钢板36与剪力墙20之间放置若干荷载传感器；在剪力墙20上安装第一吊点32，并使用葫芦34(如手动葫芦)将第一吊点32与地面预留的第二吊点33连接并拉紧；在基础底板10上安装合适尺寸的底座51，在其上部安装第二油缸50，在第二油缸50与承托腹板43之间设置荷载传感器，在埋件牛腿的表面及混凝土剪力墙20的表面粘贴应变片；在剪力墙20前部适当位置安装高清摄相机80。

步骤3：采用所述第一油缸60对所述剪力墙20施加荷载，该步骤也可以在步骤2中安装好钢板36与剪力墙20之间的荷载传感器后实施。

步骤4：利用所述第二油缸50对所述第一埋件牛腿40分级施加竖向荷载，同时利用所述荷载传感器和应变片以及摄相机80实时监测所述剪力墙20和所述第一埋件牛腿40的应力、应变及变形情况。待竖向加载试验完成后，安装穿心式油缸，用螺杆61连接至侧向耳板44，并用紧固螺栓62固定；然后保持竖向荷载恒定，利用所述第三油缸60对所述第一埋件牛腿40分级施加水平荷载，利用监测系统监测并记录试验数据。

该方法可用于超高层建筑施工中内爬塔吊附墙支撑装置的承载力试验，能够对超高层建筑大型机械设备的支撑体系进行安全评估。

综上所述，本发明提供的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置及试验方法，该装置包括基础底板10、剪力墙20、加载系统和监测系统，所述剪力墙20设置于所述基础底板10上；所述剪力墙20上方设有用于为所述剪力墙20的顶部提供模拟重力荷载的第一油缸31；所述剪力墙20的侧面安装有第一吊点32，地面预留有第二吊点33，所述第一吊点32与第二吊点33之间连接有葫芦34；所述加载系统包括第一埋件牛腿40，所述第一埋件牛腿40安装于所述剪力墙20上，所述第一埋件牛腿40的底部安装有用于为所述第一埋件牛腿40施加竖向荷载的第二油缸50，所述第一埋件牛腿40的侧面安装有用于为所述第一埋件牛腿40施加水平荷载的第三油缸60；所述监测系统包括若干荷载传感器和应变片，所述荷载传感器安装于所述第一油缸31与所述剪力墙20之间，所述第一埋件牛腿40与所述第二油缸50之间，以及所述第一埋件牛腿40与所述第三油缸60之间；所述应变片粘贴于所述第一埋件牛腿40和剪力墙20的表面。本申请采用第一油缸31在墙体上部施加荷载来模拟上部重力荷载，还原剪力墙20的实际受力状态；同时还可以配合使用一对葫芦34连接墙体上部两角与地面，对墙体产生约束，抵消由于施加竖向荷载时产生的弯矩，达到限制墙体变形的目的；本发明还采用了第二油缸50和第三油缸60对第一埋件牛腿40同时施加水平方向和竖直方向的荷载，能够得到研究对象实际的受力情况，同时可研究两种荷载对研究对象的耦合作用。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，包括基础底板、剪力墙、加载系统和监测系统，

所述剪力墙设置于所述基础底板上；

所述剪力墙上方设有用于为所述剪力墙的顶部提供模拟重力荷载的第一油缸；所述剪力墙的侧面安装有第一吊点，地面预留有第二吊点，所述第一吊点与第二吊点之间连接有葫芦；

所述加载系统包括第一埋件牛腿，所述第一埋件牛腿安装于所述剪力墙上，所述第一埋件牛腿的底部安装有用于为所述第一埋件牛腿施加竖向荷载的第二油缸，所述第一埋件牛腿的侧面安装有用于为所述第一埋件牛腿施加水平荷载的第三油缸；

所述监测系统包括若干荷载传感器和应变片，所述荷载传感器安装于所述第一油缸与所述剪力墙之间，以及所述第一埋件牛腿与所述第二油缸和第三油缸之间；所述应变片粘贴于所述第一埋件牛腿和剪力墙的表面。

2.如权利要求1所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述加载系统还包括第二埋件牛腿，所述第二埋件牛腿安装于所述剪力墙上与所述第一埋件牛腿相背的一侧，且所述第二埋件牛腿和第一埋件牛腿分别位于所述剪力墙的对角位置。

3.如权利要求2所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述第一埋件牛腿和第二埋件牛腿分别包括预埋件、预埋板、承托腹板、侧向耳板、侧向加强肋板以及底部加强肋板，所述预埋件预埋于所述剪力墙内，所述预埋板贴附于所述剪力墙的侧面并与所述预埋件连接，所述承托腹板垂直安装于所述预埋板上，所述侧向耳板安装于所述承托腹板的两侧，所述侧向加强肋板支撑于所述侧向耳板与所述预埋板之间，所述底部加强肋板支撑于所述承托腹板与所述预埋板之间。

4.如权利要求1所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述第一油缸的固定端安装在跨设于所述剪力墙两侧的龙门架上，输出端与所述剪力墙的顶部接触。

5.如权利要求4所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述剪力墙的顶部铺设有钢板，所述第一油缸的输出端与所述钢板接触。

6.如权利要求5所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述第一油缸为两个，两个所述第一油缸由同一个泵站同步控制。

7.如权利要求1所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述第二油缸的固定端通过底座固定于所述基础底板上，输出端与所述第一埋件牛腿的底部接触。

8.如权利要求1所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述第三油缸采用穿心式油缸，所述穿心式油缸的两端分别连接一承力墙以及所述第一埋件牛腿的侧面。

9.如权利要求1所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，其特征在于，所述监测系统还包括安装于所述剪力墙前部的摄像机，所述第一埋件牛腿位于所述摄像机的视野范围内。

10.一种内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验方法，其特征在于，采用如权利要求1至9中任一项所述的内爬塔吊附墙支撑装置受力加载试验装置，包括如下步骤：

步骤1：依次设置所述基础底板和剪力墙，并在所述剪力墙上安装所述第一埋件牛腿；

步骤2：安装所述加载系统和监测系统；

步骤3：采用所述第一油缸对所述剪力墙施加荷载；

步骤4：利用所述第二油缸对所述第一埋件牛腿分级施加竖向荷载，利用所述第三油缸对所述第一埋件牛腿分级施加水平荷载，同时利用所述荷载传感器和应变片监测所述剪力墙和所述第一埋件牛腿的应力、应变及变形情况。