高桿燈結構安全檢測與評估方法研究

尹 偉

（上海市城市綜合管理事務中心 上海市200000）

1 概 述

目前上海內環、中環等地區的高桿燈運營已經超過20年，由于周圍環境的影響，材料的老化和退化，以及風荷載的往復作用，使高桿燈結構各部位出現不同程度的缺陷和損傷。特別是在臺風季風荷載較大的期間，存在鋼絲繩斷裂后燈盤下墜的隱患，以及在由于結構頂部杠桿效應的往復疲勞荷載作用下，容易導致螺栓錨固的基礎不穩固、失效，甚至整體倒塌傾覆，從而發生設備損毀、人身傷亡等嚴重事故。

文中針對高桿燈的結構安全進行檢測與評估方法研究，形成的成套技術包含現場根據結構特點復核結構基本信息，記錄病害分布情況，對高桿燈進行常規無損檢測以及專項加載試驗，對高桿燈技術狀況進行評定分級，綜合評估分析后給出養護及維修加固建議。

2 基本情況調查

首先應依據高桿燈現場實際情況，調查以下基本狀況：

（1）搜集高桿燈原設計資料、施工資料，升降、機電等各系統的組成；

（2）分析管養單位在高桿燈以往維護管理中記錄的維修、養護、更換配件、病害處治等過往數據及資料；

（3）現場采用游標卡尺、鋼卷尺、激光測距儀、超聲波測厚儀等設備，現場實測高桿燈主要截面尺寸、鋼構件厚度等幾何參數以進行復核，并與已有資料進行校對。

高桿燈總體結構示意如圖1所示。

圖1 高桿燈總體結構示意

3 技術狀況檢查

升降式高桿照明設施主要由燈桿、燈盤、燈具、升降系統、配電和控制設備、接地和避雷裝置等組成?，F場應對各高桿燈各構件展開全面檢查，評定各部件的缺損狀況，進行總體技術狀況評定。

3.1 燈桿、燈盤及燈具檢查

（1）外觀缺陷檢查

鋼結構構件是否銹蝕、屈曲、涂裝是否完好；節點及連接構造是否完好、銹蝕、變形、移位等，燈盤及燈具零部件是否缺失，升降過程中，燈盤是否始終處于平衡狀態。

（2）運行狀態檢查

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第4.3.7和4.3.8條[1]，對高桿燈的整體運行狀況進行檢查，如圖2所示，確保燈盤的平衡狀態。

圖2 燈盤整體升降檢查

（3）燈桿垂直度檢測

根據《港口高桿燈通用技術要求》（JT/T 1214—2018）第6.1條[2]對立桿相對于水平的垂直度進行測試，立桿的垂直度誤差不應大于0.3%。對于存在明顯傾斜現象的立桿及其基礎，后續重點對其穩定性進行評估。

采用激光全站儀對高桿燈桿體壁面進行整體傾斜率檢測，如圖3所示。

圖3 燈桿整體傾斜率檢測

（4）檢修門（口）檢查

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.1.9條，檢修門下沿不低于650 mm，并設有防盜措施；根據《港口高桿燈通用技術要求》（JT/T 1214—2018）第5.4.5條和《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.1.9條，門開口的周邊應采取結構加固措施，強度不應低于未開檢修口時。

（5）涂層檢測

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.5.1.1條和5.5.1.3條對燈桿表面涂層進行檢查，熱侵鍍鋅層表面應平滑，無滴瘤、粗糙和鋅刺，無起皮，無漏鍍，無殘留的溶劑渣，在正常工作條件下，沒有明顯的剝落和起皮現象。

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.5.1.2條對涂層厚度進行測試，當鋼結構厚度大于6 mm時，鍍層局部厚度最小為70 μm，平均厚度最小為85 μm。

涂層檢測包含兩個方面：一是涂層及其本體的外觀技術狀況，二是涂層厚度。涂層厚度采用涂層厚度儀進行檢測，重點檢查部位為結構主要受力構件，抽樣比例按鋼結構相關施工驗收規范進行?，F場檢測示意如圖4所示。

圖4 燈桿表面涂層厚度檢測

（6）焊縫檢測

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.1.5、5.1.7條和第6.7條，采用金屬超聲波探測儀檢測，要求燈桿和燈盤焊縫不應有影響強度的裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑和針狀氣孔，并且無皺褶和中斷等缺陷。插接式燈桿管體縱向焊縫為60%熔透焊，插接段外管部分為一級焊縫全熔透焊。

3.2 升降系統檢查

（1）卸載裝置檢查

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.10條，對卸載裝置進行檢查，要求燈盤上升到位后，應具備自動掛、脫鉤卸載裝置，要求掛、脫自如，使燈盤牢固可靠的掛置在燈桿上。

（2）下限位設置檢查

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.9條，對下限位設置情況裝置進行檢查，要求燈盤升降系統必須具備下限位，下限位應高于基礎平面2.5 m以上。

（3）失電制動裝置檢查

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第4.6.3條，對失電制動裝置進行檢查，要求升降電動機應具有失電制動裝置，轉速應與減速器的規格相匹配。

（4）鋼絲繩檢查

根據《不銹鋼絲繩》（GB/T 9944—2015）第5.2條[3]，對鋼絲繩的直徑進行測試，查看是否滿足設計要求。同時根據《不銹鋼絲繩》（GB/T 9944—2015）第6.2.1條，對鋼絲繩的表觀缺陷進行檢測，要求鋼絲繩表觀均勻、捻制緊密，不得有凸起、銹蝕、斷絲和錯亂交叉的鋼絲。

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.8條，鋼絲繩在正常運行和維護條件下完全伸展時，卷筒上應保留4圈以上。

同時根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第6.11條，通過查看鋼絲繩破斷拉力檢測報告對鋼絲繩的設計安全系數進行檢查和確認。

（5）防墜落裝置檢查

根據《港口高桿燈通用技術要求》（JT/T 1214—2018）第5.6.3條，高桿燈應設置燈盤防墜落裝置和防沖頂裝置，并根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.6條對防墜落保護裝置的工作性能進行檢查。

（6）動載試驗

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.3.11條和6.18條，對高桿燈進行超載10%動載試驗。將配重與燈盤連接，燈盤在動載試驗過程中應運行平穩，無異?，F象。

3.3 接地和避雷裝置檢查

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.7條，桿頂是否有效設置避雷針，現場示意如圖5所示，燈桿檢修門內有是否設有專用的接地螺栓，并應大于等于8 mm。

圖5 桿頂應有效設置避雷針

3.4 配電和控制設備檢查

根據《高桿照明設施技術條件》（CJ/T 457—2014）第5.6條，升降式和傾倒式設施的驅動方式包括手動和電動驅動，應具有自鎖功能，當系統失去動力時，燈盤或桿體應能停在任意位置。配電線路和燈盤線路的各支架同層橫檔應在同一水平面上，其高低偏差不應大于5 mm。

現場檢測排查驅動系統的自鎖設置情況，以及內部線路的布置情況及其是否仍處于正常工作的狀態，具體包括箱體、箱內電器、箱內電纜等部件。

3.5 基礎連接專項檢測

高桿燈依靠底部的螺栓與底座連接固定，錨固螺栓可靠性是確定高桿燈結構可靠性的重要指標。首先對螺栓的設置和外觀進行全面檢查，重點檢查基礎結構是否開裂、破損，然后鑿除外包混凝土，檢查螺栓錨固位置處是否存在銹蝕、松動等病害，然后對高桿燈底部的螺栓與底座的連接進行專項檢測。

采用扭力扳手檢測螺栓的施工扭矩，現場示意如圖6所示。最后檢測完成后應采用外包混凝土對螺栓部位進行修復。

4 加載試驗和傾斜監測系統

4.1 加載試驗

（1）試驗內容

對高燈桿結構展開加載試驗，通過對高燈桿施加設計荷載的等效荷載（高燈桿設計最大風強為800 Pa），測試出結構的靜態位移、應變等結構參數，從而推斷出高燈桿結構在荷載作用下的工作狀態和使用性能。

（2）理論計算

結構所受外力主要考慮風荷載的影響，按照風荷載對燈盤、立柱的作用轉換計算對基礎的作用效應，主要包括彎矩M和水平剪力F等。水平剪力F由螺栓抗剪承受，彎矩M則由多個螺栓形成拉壓體系共同承受。

（3）外荷載確立

基于根據《戶外廣告設施鋼結構技術規程》（CECS 148—2003）第4.2條規定[4]，施加在戶外標志牌上高度z處的單位面積風荷載標準值為wk，所受的風載計算公式如下：

式中：μs為風荷載體型系數，按照第4.2.4條，對于迎風面立柱（圓形）和燈盤（回轉結構加框架）分別取用0.8、0.9；μz為高度z處的風壓高度變化系數，按照第4.2.2條，35 m高燈桿分為四節，分別為燈盤（35 m）、30 m、20 m、10 m，按C類地面粗糙度則分別取用1.06、1.00、0.84、0.74；βz為高度z處的風振系數，按照前述規范第4.2.6條取用，35 m高燈桿分為四節分別為燈盤（35 m）、30 m、20 m、10 m，按C類地面粗糙度則分別取用1.471、1.478、1.387、1.194；w0根據設計圖紙取0.8 kPa。

（4）高桿燈立柱內力計算

首先根據受風面積計算各分段的風荷載作用力Fk，計算公式如下：

式中：Fk為高燈桿所受風荷載作用力，kN；Sj為受風面積，m2；ωk為高燈桿單位面積所受風荷載標準值，kN。

然后根據高燈桿高度大小分別計算各分段在立柱根部的風荷載總彎矩，進行模擬加載試驗。

（5）現場加載試驗

現場抽取部分燈桿采用水平拉力進行加載，如圖7所示，加載結果顯示，桿底鋼板實測應力為50 MPa、變形為0.5 mm，未發現應力超限、變形異常等情況，總體受力狀況良好。

4.2 傾斜監測系統

在風荷載的往復作用下，高桿燈會發生來回晃動，晃動的角度和位移越大，說明高桿燈存在的安全隱患越大。

如圖8所示，可在高桿燈桿體上安裝傾斜傳感器對桿體的傾斜位移狀況進行長期監測，特別是在臺風季大風天氣，監測高桿燈桿體是否存在較大的異常晃動，并將各高桿燈的監測數據進行比對分析，排查隱患。

5 結論

高桿燈主要病害包含桿體局部銹蝕、螺栓銹蝕、自鎖器開裂、導輪彈簧失效等方面。應匯總高桿燈結構各分項檢測結果，進行綜合分析、評定，針對性提出總體結論，并根據總體結論針對高桿燈現有缺損及典型病害分門別類提出處治措施的建議如下：完好狀態（A），則應進行日常保養；良好狀態（B），則應進行日常保養和小修；合格狀態（C），則應進行專項檢測后保養、小修；不合格狀態（D），則應檢測后進行中修或大修工程；危險狀態（E），則應檢測評估后進行大修、加固或改擴建工程。