建筑用金屬護欄現場水平推力試驗方法討論

李平 ，王俊 （安徽省建筑工程質量第二監督檢測站，安徽 合肥 230000）

1 引言

欄桿是建筑物、構筑物以及橋梁結構中重要的附屬構件，它雖不影響主體結構的受力性能，卻是關系使用者生命安全的關鍵構件[1]。相關規范[2-4]對護欄荷載標準與承載能力均有明確規定。相關護欄檢測的工作也逐步得到重視。但針對護欄水平推力檢測目前國家及地方規范與標準僅有《建筑用玻璃與金屬護欄》（JG/T342-2012）、《重慶市建筑護欄技術規程》（DBJ50-123-2010）。本文針對兩本規范中檢測方法及試驗特征進行討論。

2 檢測單元選取

欄桿高度、長短、扶手與立柱邊界條件等差異，導致各桿件在受力特征不同，試驗檢測也應做出相關調整。常見的護欄水平推力試驗方法有截斷式檢測、整體檢測[1]。

對長度較大、立柱為主要承彎構件的護欄，因荷載施加難度較大，常采用截斷方法，截取一段護欄進行檢測。《建筑用玻璃與金屬護欄》中對玻璃與金屬護欄采用的是截斷法。規范中水平推力試驗組件為三根立柱加扶手，詳見圖1所示。設計的均布水平推力采用兩個集中荷載進行施加，荷載取值為F=qL/2（L為扶手整段長度）。

對于長度較短，扶手與立柱共同承彎的護欄，常選擇整體檢測方法。試驗是以整片護欄自然（或獨立）段為試驗對象，通過對其施加等效推力來檢測欄桿的抗推能力。該方法能夠直觀的反應護欄整體受力狀況。

圖1 試驗組件模型

《重慶市建筑護欄技術規程》中試驗單元選擇方式為：凹陽臺一字型護欄，整個護欄作為一個單元；L型陽臺護欄，選受力不利的一方作為加載單元；凸陽臺的三方護欄選取受力最不利的一方作為加載單元[5]。

3 檢測方法討論

3.1 截斷法檢測

《建筑用玻璃與金屬護欄》中護欄水平推力試驗在兩立柱扶手中部施加一個集中力F=qL/2，試驗過程中檢測三個立柱頂部及扶手中部位移。

規范結論評判指標為：護攔最大的相對水平位移值不應大于30mm；扶手相對位移Ua、Ub不應大于L/250；殘余撓度不應大于L/1000,且不出現松脫或脫離。

為對該試驗方法進行討論分析，擬建一組護欄試件進行分析對比。護欄具體參數為:立柱及扶手桿件為外徑60mm，壁厚3.0mm圓管,材質為Q235，立柱間距1.0m，高度1.1m，立柱根部固結。荷載取值為1kN/m，集中荷載F取值1.0kN。

首先不考慮立柱影響，將立柱視為支座，僅考慮扶手，通過理論分析及有限元模型對比均布與集中荷載作用下護欄各力學參數，詳見表1所示。

在不考慮立柱變形對欄桿受力影響的對比模型中，可發現集中荷載在扶手跨中產生的撓度及彎矩值大于均布荷載模型計算結果。以簡單的F=qL/2進行試驗荷載等效，通過對護欄扶手的相對位移進行判定不科學。

通過有限元軟件建立整體組件模型，模擬分析集中與均布荷載產生力學效應的差距，具體結果詳見表2所示。

由模擬分析對比可知，當試驗過程中使用兩點集中力等效模擬均布荷載進行試驗時，立柱根部彎矩、頂點位移差距不大，等效性較好。但等效集中力在扶手跨中產生的撓度與彎矩值與設計均布荷載的彎矩與撓度相差較大。因此規范[6]試驗結果評定中對扶手撓度Ua、Ub的是否滿足L/250評判不合理。

由模型計算值可知立柱位移遠大于扶手相對位移，并且對于懸臂構件的檢驗中，懸臂頂部撓度更應作為試驗考察的重點。規范中對立柱等位移判定中提出了“任意位移值不應超過30mm”。但實際工程中護欄高度一般1.1m～1.2m之間，30mm位移僅為懸臂構件頂點相對位移的L0/37～L0/40，此限值過于寬松，偏不安全。

在《重慶市建筑護欄技術規程》中對于護欄試驗中允許位移限制有以下明確規定，詳見表3。相關要求嚴于《建筑用玻璃與金屬護欄》中規定。

扶手簡化模型計算 表1

試驗組件模型計算對比 表2

護欄允許位移限值 表3

3.2 整體檢測法

《重慶市建筑護欄技術規程》采用三分點集中力加載模擬均布荷載進行試驗。為具體討論該方法，擬建一組護欄試件進行分析對比。護欄總長為3.2m，欄桿立柱間距為1.0m，高度1.1m，立柱與扶手采用外徑為60mm，壁厚3.0mm管材,材質為Q235，扶手兩端及立柱底部連接分別采用固結或鉸接進行對比。

①支座固結護欄：通過有限元不斷的調整集中荷載的大小，使其跨中位移與均布荷載相接近。此時集中力荷載值為1.08kN。其它力學響應值詳見表4。

支座固結欄桿模型對比 表4

②支座鉸接型欄桿：通過有限元不斷的調整集中荷載的大小，使其跨中位移與均布荷載相接近。此時集中力荷載值為1.18kN。其它力學響應值詳見表5。

通過均布荷載與集中力荷載模型對比可知，試驗荷載會因護欄不同導致試驗集中力荷載值不同。為了得到等效的位移值，需要不斷調整計算，得到確定試驗荷載。

在位移等效滿足的情況下，護欄桿件彎矩與剪力卻差距較大。為完整準確研究一組欄桿的各項性能需要多種工況去檢驗。在《重慶市建筑護欄技術規程》試驗結果評判中主要以撓度為檢驗指標，因此試驗前需要對試驗荷載及加載位置進行分析。使其試驗加載與設計荷載位移接近。但當對剪力和彎矩進行檢驗時，需另行分析設計。

4 結論

①試驗前應調查護欄受力特征、桿件支座及桿件間連接狀態，依據情況選擇截斷式或整體式試驗方法。

②依據試驗檢驗目標（位移、彎矩、撓度或剪力），對試驗荷載進行分析計算，使其達到或接近設計目標，對多項檢驗目標無法同時實現時。因分多工況逐一組織試驗。

③兩本規范[5-6]都是以撓度為主要檢驗指標，當等效集中荷載撓度與設計荷載相近時，桿件的彎矩、剪力未必與設計指標相近。故此不可用規范中的評定依據去評判桿件及支座承載力是否滿足設計要求。

支座鉸接欄桿模型對比 表5