徐宪武
（太原市建筑安全监督管理站，山西 太原 030009）
[摘要]以某超高层建筑的内爬外挂塔式起重机循环组合挂架现场测量结果为基础，对其在塔式起重机负载运行和自身爬升过程中的受力特点进行分析。分析结果表明，塔式起重机在运行过程中，截面边缘纤维的应力均小于所用钢材的屈服强度设计值，满足设计的使用要求；爬升过程中塔式起重机受力更不利。作用时间较短的大应力并不影响塔式起重机的正常使用。
[关键词]安装；塔式起重机；内爬外挂；测量；应变；受力分析
[中图分类号] TH213.3 [文章编号]1002-8498( 2016) 09-0034-05
内爬外挂塔式起重机循环组合挂架如图1所示，挂架主要由支撑横梁、斜拉杆、水平支撑、斜撑杆及次梁5个部分组成，支撑横梁采用箱形截面，斜拉杆、水平支撑、斜撑杆采用无缝钢管，次梁为H形截面。
1 测点布置
1.1 钢管截面测点布置
沿截面中和轴或最小惯性矩轴布置测点（见图
件截面面积。
1.2 箱形截面测点布置
箱形截面构件有轴向力Ⅳ和双向弯矩M x，My作用时，对于实测的箱形截面测点布置如图3所示。用外插法求出截面四角边缘处的应变值，即求出内力。
2测量过程与结果分析
内爬外挂塔式起重机的外挂架分2次测量：第1次测量塔式起重机正常运行过程中的应变；第2次测量外挂架在塔式起重机爬升过程中应变的大小。第1次测量时，下层挂架在已经承受塔式起重机荷载作用下粘贴应变片，因此在内力计算时必须考虑第2次测量结果，即下层挂架卸载后的应变。塔式起重机上层挂架粘贴应变片时并没有承担荷载，因此两次测量的结果没有影响。因此，塔式起重机上层挂架两次测量表示2种情况：①塔式起重机正常运转时的受力情况；②塔式起重机爬升时，上层挂架成为下层挂架时的受力情况。测量工况根据现场施工顺序确定，共分为6个工况，如表1所示。
2.1 斜拉杆内力计算与分析
斜拉杆采用无缝钢管。第2次测量的应变一时间关系如图4所示。从图4可以看出：第2次测量时，斜拉杆的应变从开始接近零到某时刻(大约200s)产生突变，以后趋于恒定。这主要是塔式起重机自重（荷载）转移：在没有开始爬升前，塔式起重机的自重是由下层挂架承担；当开始爬升后，塔式起重机的自重由下层挂架承担转移到爬带承担，而爬带是固定在塔式起重机的支架上由上层挂架承担，对于下层挂架来说是卸载。因此，斜拉杆恢复变形，应变片测量结果为负，这与前面所述下层挂架上应变片是在承受塔式起重机荷载时粘贴一致。
斜拉杆在塔式起重机正常运行过程中，真实的应变值是第1次测量的应变值与第2次测量的应变值之和。在计算第2次测量的应变值时，取卸载后各测点的平均应变。塔式起重机正常运行过程中，斜拉杆测量点的应变与时间的关系如图5所示。
从图5可以得出：在正常运行过程中，斜拉杆的最大拉应力为49. 37 N/mm2，作用时间较长。由于塔式起重机的突然加卸载或者销轴的移动，可能导致某些测点的应变突然增大，但是作用时间较短（持续时间仅为1～3 s），对于斜拉杆可能产生的最大拉力为275 N/mm2，已经超过钢材的屈服强度设计值，但小于钢材屈服强度的标准值。
为计算在塔式起重机正常运行过程中斜拉杆承受的内力，不考虑应变随时间变化过程中持续时间短的较大应变，分别按不同工况下的平均应变来计算。计算结果如表2所示，横截面面积均为14 217. 92mm2，弹性模量E=2. 06×105N.mm-2。
2.2上层主梁内力计算与分析
2. 2.1 塔式起重机爬升时上层主梁内力
塔式起重机爬升过程中，上层主梁靠近斜拉杆的同一横截面内两侧和梁顶的应变与时间的关系如图6所示。从图6可以看出：在塔式起重机爬升过程中，自重由下层挂架承受转到上层挂架承受时，上层主梁的应变突然增大，之后应变值随时间的变化较小，而且变化趋势一致，证明测量结果是正确的；测量所得的应变值除偶然的突变之外均较小（最大拉应变为250με，应变乘以弹性模量等于应力，即250×10-6×2.06×105= 51. 5N/mm2<屈服强度设计值295 N/mm2），说明构件在弹性范围内受力，应力应变呈直线规律变化；图中应变在500s处应变突变，可能是由于销轴与耳边接头突然变位引起的。测得箱形截面4个角点的应力如图7所示。
2.2.2塔式起重机运行过程中上层主梁内力
塔式起重机运行过程中，上层主梁靠近斜拉杆的同一横截面内两侧和梁顶的应变与时间的关系如图8所示。从图中可知：在整个塔式起重机运行过程中，只有某一工况下截面出现受拉和受压，其余情况下整个截面所测点的应力均为受拉。采用与上述塔式起重机爬升过程中上层梁截面同样的分析方法可以求出截面各边缘纤维应变，然后其乘以弹性模量求出各测点的应力。上层主梁在塔式起重机运行过程中内力如表3所示。
2.3下层主梁内力计算与分析
2.3.1塔式起重机爬升时下层主梁内力
塔式起重机爬升过程中，下层主梁处于卸载状态，下层主梁靠近斜拉杆的同一横截面内两侧和梁顶的应变与时间的关系如图9所示。从图中可以看出：在塔式起重机爬升过程中，塔式起重机自重荷载由下层转到上层挂架，下层主梁的应变突然增大，之后基本保持不变。因此，在考虑塔式起重机正常运行时，必须加上爬升后下层主梁卸载后的应变，对于这些测点取各自卸载后平均应变，如表4所示。
2.3.2 塔式起重机运行时下层主梁内力
由于下层主梁的应变片粘贴是在已经承受塔式起重机荷载作用下进行的，因此下层主梁在塔式起重机运行时的应变必须考虑下层主梁卸载后的应变。把表5所列各测点的应变反号加到第1次测量时对应各测点上即为塔式起重机运行时下层主梁的应变。靠近斜拉杆位置处下层主梁截面在塔式起重机运行时的不同测点应变随时间的变化关系如图10所示。下层主梁在塔式起重机运行过程中内力如表5所示。
在塔式起重机运行时，下层挂架的长水平撑杆应变随时间的变化如图11所示。从图中可以看出：水平撑杆应变测量的整个过程中也会出现突变，但是其对应的两个应变点的应变值几乎相等。
在塔式起重机运行测量过程中，下层挂架长水平撑杆内力的计算与斜拉杆的计算相同。在整个测量过程中，只有在某一工况下承受拉力，其余工况下长水平撑杆应变几乎接近零，即长水平撑杆几乎不受力。通过计算长水平撑杆最大拉力N=εmE s A =177×10-6×2.06×105×7 382/1 000= 269kN。
3 结语
通过先后两次测量外挂架各构件的应变，对上层外挂架在塔式起重机运行和爬升过程中以及下层外挂架在塔式起重机运行过程中受力性能进行分析，表明塔式起重机在运行过程中，截面边缘纤维的应力均小于所用钢材的屈服强度设计值，满足设计的使用要求；但在塔式起重机爬升过程中，由于全部塔式起重机自重由一层挂架承受，截面边缘纤维的应力比塔式起重机运行过程中的应力大，而且受到较大的扭矩作用，故爬升过程中塔式起重机受力更不利。作用时间较短的大应力并不影响塔式起重机的正常使用。
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