建筑用金属护栏现场水平推力试验方法讨论

李平 ，王俊 （安徽省建筑工程质量第二监督检测站，安徽 合肥 230000）

1 引言

栏杆是建筑物、构筑物以及桥梁结构中重要的附属构件，它虽不影响主体结构的受力性能，却是关系使用者生命安全的关键构件[1]。相关规范[2-4]对护栏荷载标准与承载能力均有明确规定。相关护栏检测的工作也逐步得到重视。但针对护栏水平推力检测目前国家及地方规范与标准仅有《建筑用玻璃与金属护栏》（JG/T342-2012）、《重庆市建筑护栏技术规程》（DBJ50-123-2010）。本文针对两本规范中检测方法及试验特征进行讨论。

2 检测单元选取

栏杆高度、长短、扶手与立柱边界条件等差异，导致各杆件在受力特征不同，试验检测也应做出相关调整。常见的护栏水平推力试验方法有截断式检测、整体检测[1]。

对长度较大、立柱为主要承弯构件的护栏，因荷载施加难度较大，常采用截断方法，截取一段护栏进行检测。《建筑用玻璃与金属护栏》中对玻璃与金属护栏采用的是截断法。规范中水平推力试验组件为三根立柱加扶手，详见图1所示。设计的均布水平推力采用两个集中荷载进行施加，荷载取值为F=qL/2（L为扶手整段长度）。

对于长度较短，扶手与立柱共同承弯的护栏，常选择整体检测方法。试验是以整片护栏自然（或独立）段为试验对象，通过对其施加等效推力来检测栏杆的抗推能力。该方法能够直观的反应护栏整体受力状况。

图1 试验组件模型

《重庆市建筑护栏技术规程》中试验单元选择方式为：凹阳台一字型护栏，整个护栏作为一个单元；L型阳台护栏，选受力不利的一方作为加载单元；凸阳台的三方护栏选取受力最不利的一方作为加载单元[5]。

3 检测方法讨论

3.1 截断法检测

《建筑用玻璃与金属护栏》中护栏水平推力试验在两立柱扶手中部施加一个集中力F=qL/2，试验过程中检测三个立柱顶部及扶手中部位移。

规范结论评判指标为：护拦最大的相对水平位移值不应大于30mm；扶手相对位移Ua、Ub不应大于L/250；残余挠度不应大于L/1000,且不出现松脱或脱离。

为对该试验方法进行讨论分析，拟建一组护栏试件进行分析对比。护栏具体参数为:立柱及扶手杆件为外径60mm，壁厚3.0mm圆管,材质为Q235，立柱间距1.0m，高度1.1m，立柱根部固结。荷载取值为1kN/m，集中荷载F取值1.0kN。

首先不考虑立柱影响，将立柱视为支座，仅考虑扶手，通过理论分析及有限元模型对比均布与集中荷载作用下护栏各力学参数，详见表1所示。

在不考虑立柱变形对栏杆受力影响的对比模型中，可发现集中荷载在扶手跨中产生的挠度及弯矩值大于均布荷载模型计算结果。以简单的F=qL/2进行试验荷载等效，通过对护栏扶手的相对位移进行判定不科学。

通过有限元软件建立整体组件模型，模拟分析集中与均布荷载产生力学效应的差距，具体结果详见表2所示。

由模拟分析对比可知，当试验过程中使用两点集中力等效模拟均布荷载进行试验时，立柱根部弯矩、顶点位移差距不大，等效性较好。但等效集中力在扶手跨中产生的挠度与弯矩值与设计均布荷载的弯矩与挠度相差较大。因此规范[6]试验结果评定中对扶手挠度Ua、Ub的是否满足L/250评判不合理。

由模型计算值可知立柱位移远大于扶手相对位移，并且对于悬臂构件的检验中，悬臂顶部挠度更应作为试验考察的重点。规范中对立柱等位移判定中提出了“任意位移值不应超过30mm”。但实际工程中护栏高度一般1.1m～1.2m之间，30mm位移仅为悬臂构件顶点相对位移的L0/37～L0/40，此限值过于宽松，偏不安全。

在《重庆市建筑护栏技术规程》中对于护栏试验中允许位移限制有以下明确规定，详见表3。相关要求严于《建筑用玻璃与金属护栏》中规定。

扶手简化模型计算 表1

试验组件模型计算对比 表2

护栏允许位移限值 表3

3.2 整体检测法

《重庆市建筑护栏技术规程》采用三分点集中力加载模拟均布荷载进行试验。为具体讨论该方法，拟建一组护栏试件进行分析对比。护栏总长为3.2m，栏杆立柱间距为1.0m，高度1.1m，立柱与扶手采用外径为60mm，壁厚3.0mm管材,材质为Q235，扶手两端及立柱底部连接分别采用固结或铰接进行对比。

①支座固结护栏：通过有限元不断的调整集中荷载的大小，使其跨中位移与均布荷载相接近。此时集中力荷载值为1.08kN。其它力学响应值详见表4。

支座固结栏杆模型对比 表4

②支座铰接型栏杆：通过有限元不断的调整集中荷载的大小，使其跨中位移与均布荷载相接近。此时集中力荷载值为1.18kN。其它力学响应值详见表5。

通过均布荷载与集中力荷载模型对比可知，试验荷载会因护栏不同导致试验集中力荷载值不同。为了得到等效的位移值，需要不断调整计算，得到确定试验荷载。

在位移等效满足的情况下，护栏杆件弯矩与剪力却差距较大。为完整准确研究一组栏杆的各项性能需要多种工况去检验。在《重庆市建筑护栏技术规程》试验结果评判中主要以挠度为检验指标，因此试验前需要对试验荷载及加载位置进行分析。使其试验加载与设计荷载位移接近。但当对剪力和弯矩进行检验时，需另行分析设计。

4 结论

①试验前应调查护栏受力特征、杆件支座及杆件间连接状态，依据情况选择截断式或整体式试验方法。

②依据试验检验目标（位移、弯矩、挠度或剪力），对试验荷载进行分析计算，使其达到或接近设计目标，对多项检验目标无法同时实现时。因分多工况逐一组织试验。

③两本规范[5-6]都是以挠度为主要检验指标，当等效集中荷载挠度与设计荷载相近时，杆件的弯矩、剪力未必与设计指标相近。故此不可用规范中的评定依据去评判杆件及支座承载力是否满足设计要求。

支座铰接栏杆模型对比 表5