铁路站房用装配式支吊架检测方法研究_丁宇.pdf

高速铁路新材料Advanced Materials of High Speed Railway第 2 卷 第 1 期2 0 2 3 年 2 月Vol.2 No.1February 2 0 2 3铁路站房用装配式支吊架检测方法研究丁宇1，王鑫1，赵静存1，庄英斌2，冀磊1，毛陈琛1，和阔2（1.中国铁道科学研究院集团有限公司 金属及化学研究所，北京 100081；2.北京中铁科新材料技术有限公司，北京 100081）摘要：为规范铁路站房用装配式支吊架测试检测方法，总结装配式支吊架行业发展的现状，梳理与支吊架相关的检测标准。选取有代表性的国内标准 GB/T 380532019 和欧盟标准 EAD 280016-00-0602 进行测试对比，分析管夹抗拉拔性能、角连接件承载力、槽钢螺母防滑性能这3项关键项目中检测过程的差异，对比测试数据提出了科学的支吊架检测加载速度和加载图示，研究结果可为后续装配式支吊架设计及检测标准的修订、铁路站房用装配式支吊架的检测标准编制提供理论支撑。关键词：铁路站房；装配式；支吊架；型式检验；检测方法中图分类号：TU201.2 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.2097-0846.2023.01.016近年来，国内基础设施建设规模持续增长，为建筑安装行业的发展提供了广阔空间。管线支吊架是建筑安装行业中最为重要的部分，其能够为管线提供支撑，保证管线与其他设备安全稳定地固定在建筑中。由于国外装配式综合支吊架系统的引入，管线支吊架由早期较为传统的焊接式逐渐转变为装配式。装配式支吊架在铁路站房领域逐渐采用，但对其检测方法缺乏科学系统地研究。1 装配式支吊架发展现状 目前，我国大部分既有支吊架仍采用较为传统的焊接式，其制作工艺采用槽钢、角钢等型材，常在现场加工制作并焊接。在焊接过程中难免会对环境造成污染，且因易燃易爆气体的使用，施工手续办理困难；作坊式手工工艺施工，制作过程复杂，安装时需随时搬运焊接、切割设备等，浪费了大量人力、物力，工作效率低，安装成本高1。随着2014年GB 5098120142中抗震支吊架的强制执行，我国机电行业开始引进欧美等发达国家采用的装配式综合支吊架系统，如图1所示。装配式支吊架有如下优点：（1）避免了现场焊接等特种作业方式，仅采用锚固件、吊杆、槽钢、连接构件等部件进行组合连接，实现了绿色施工。（2）根据不同的管线类型、管道规格可随意调节支吊架的尺寸和高度，并将多种管线放入同一套支吊架内，节省空间，优化管线结构布局，对于管线BIM设计的先期接入提供了有力支撑。（3）支吊架为工厂制作，标准化程度高，现场直接装配，大大降低了安装成本，这种“装配式结构”的方向是未来建筑安装行业的发展趋势。由于突然释放的产业空间，装配式支吊架系统在汽车产业集聚区3、城市管廊4、地铁5、大型展馆6等场景中得到广泛应用。但我国装配式支吊架发展速度太快，造成行业的规范体系没有跟上行业的发展。产品的测试方式并不明确，造成装配式支吊架产品的质量图1装配式综合支吊架文章编号：2097-0846（2023）01008006收稿日期：20221025；修回日期：20221205基金项目：中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所基金项目（2020XC07）第一作者：丁宇（1995），男，助理研究员，硕士。E-mail：通信作者：王鑫（1983），男，副研究员，硕士。E-mail：第 1 期丁宇等：铁路站房用装配式支吊架检测方法研究参差不齐，部分产品因没有达到设计所需的抵抗荷载而产生变形甚至破坏，某些综合性大楼和地铁站已经出现了装配式支吊架脱落伤人的事故。我国高铁候车室、售票处、信号楼、高铁检修库等站房的管线支吊设计由传统的焊接支吊架也逐渐改用装配式支吊架，如图2所示。新建站房多采用进口支吊架质量较好，同时国外厂家有着较为成熟的测试体系，尚未出现安全问题。但我国铁路站房管线排布复杂，种类众多，设计荷载较大。而且国内的支吊架检测过程存在不合理的测试方法，导致检测值不能达到预期的承载效果。为避免铁路站房用装配式支吊架出现变形、断裂等安全隐患，有必要开展系统性装配式支吊架检测方法的研究，科学地推动装配式支吊架国产化发展。2 国内支吊架测试检测情况 铁路领域目前未见站房支吊架的相关检测标准，检测方法体系可借鉴建筑机电行业。与支吊架相关的国家级标准如表1所示。GB 509812014是机电抗震行业最为重要的国家级标准，该标准也是建筑行业机电设备抗震设计及支吊架抗震设计的参考资料。GB/T 3726720187规定了建筑抗震支吊架的试验方法、检验规格等，明确了抗震支吊架产品应进行每年1次例行产品型式试验。GB/T 3805320198是针对承重支吊架的产品标准，规定了装配式支吊架产品的材料、规格、各部件的性能及其测试试验方法等，是承重支吊架产品型式检验所遵循的标准，该标准要求正常生产的产品每5年进行1次型式检验。随着行业的发展，许多社团组织立项的支吊架标准也是逐年增加并应用到了不同的领域，包括技术规程、产品标准、方法标准以及认证标准等。由于国家标准制定的改革，近期国家标准（简称：国标）和行业标准（简称：行标）很难立项，因此后续的支吊架领域国标和行标相对偏少，而团体标准执行力度总体偏低9。对于装配式承重支吊架的型式检验目前仍以GB/T 380532019为标准。而该标准的试验方法、加载图示、检测内容大多借鉴国外欧美标准，特别是其中的力学检测项点与欧盟标准（简称：欧标）EAD 280016-00-0602（后文简述为EAD）相似。两标准关于支吊架材料的外观、规格尺寸、表面涂层的公差厚度等要求大致相同，但对于支吊架各种承载力性能的测试试验方法国标有改动，其中最明显的3项试验的对比情况如表2表4所示。图2高铁检修库支吊架表1现行支吊架国家级标准序号123标准GB 509812014建筑机电工程抗震设计规范GB/T 372672018建筑抗震支吊架通用技术条件GB/T 380532019装配式支吊架通用技术要求标准状态已启动修订现行现行表2管夹拉拔性能不同标准试验对比试验项目测试描述加载速度/(mmmin-1)加载图示GB/T 380532019拉拔荷载垂直施加于管道两端，荷载施加位置距管夹边缘不大于管夹宽度12.7EAD 280016-00-0602管道宽度应超出管夹两侧最少5 mm1081高速铁路新材料第 2 卷从表2表4对比可以看出，国标和欧标的测试加载速度较为相近，分别12.7 mm/min和10 mm/min；加载图示有着明显不同，国标的加载图示较为简单，对于关键部件的样式并没有具体给出；加载方式模糊，导致不同检测单位可以采用不同尺寸的样品、不同加载的形式进行检测。欧标的加载图示较为直观，每个部件样式均具体给出，对应的检测过程明确。3 检测方法研究 为了优化装配式支吊架的检测方法，明晰测试加载条件，通过试验对比国内外检测标准的测试结果，旨在得到一个完善且科学的检测体系。具体的对比试验方案如表5所示。3.1管夹抗拉拔性能测试方法研究按照表5测试方案的管夹抗拉拔性能测试过程如图3所示，测试结果如图4所示。从图4（a）可知，不同测试方法下的样品承载力值较为不同。当荷载加载位置越接近连接件时，破坏时所得到的承载力值越大。荷载作用位置分别距管夹边缘0（试验编号A1）增加到1（试验编号A3）倍管夹宽度时，管夹承载力值降低 12.1%，从 33 kN 降至 29 kN。对于EAD的测试条件来说，整体测试工装较为先进且表3角连接件承载力性能试验对比试验项目测试描述加载速度/(mmmin-1)加载图示GB/T 380532019槽钢应在顶部及底部锚固牢固，竖向槽钢长度为600 mm12.7EAD 280016-00-0602按照实际需求的试验尺寸记录并开展试验10表4槽钢螺母防滑性能试验对比试验项目测试描述加载速度/(mmmin-1)加载图示GB 380532019测试荷载应沿着槽钢纵向施加于平板配件上12.7EAD 280016-00-0602没有规定10表5试验对比方案试验项目管夹抗拉拔性能角连接件承载力性能槽钢螺母防滑性能GB/T 380532019试验编号A1A3B1B5C1C5加载描述加载速度为12.7 mm/min，荷载作用位置分别距管夹边缘为0、0.5、1倍管夹宽度加载速度为12.7 mm/min，竖向槽钢长度为600 mm，荷载作用位置分别距连接件50、100、150、200、250 mm加载速度为12.7 mm/min，螺栓紧固扭矩分别是30、40、50、60、70 NmEAD 280016-00-0602试验编号A4A8B6B10C6C10加载描述加载速度分别为5、10、15、20、25 mm/min，荷载作用位置距管夹边缘为0加载速度为10 mm/min,中间槽钢横梁的长度分别为100、200、300、400、500 mm加载速度为10 mm/min，螺栓紧固扭矩分别是30、40、50、60、70 Nm82第 1 期丁宇等：铁路站房用装配式支吊架检测方法研究规定了具体的管道长度，测试结果更能体现出管夹本身承载力，管夹承载力值为35 kN，因此该项点的加载方法宜选用EAD。国标所采用的12.7 mm/min是根据美国消防管道支吊标准10而来，为分析不同加载速度对测试结果的影响进行了多组试验。从图 4（b）的测试结果来看，加载速度对于管夹承载力的影响基本可以忽略。当加载速度为25 mm/min（试验编号A8），尽管可以得到与其他加载速度相近的峰值，但其峰值平台较短，下降段斜率较高。加载速度对其他性能测试的影响类似，对于装配式支吊架的测试加载速度宜选用20 mm/min。3.2角连接件承载力性能研究按照表5测试方案的角连接件承载力性能测试过程如图5所示，测试结果如图6所示。图6的测试结果表明不同测试方法下的承载力值明显不同。对于国标的测试条件来说（B1B5），当荷载加载位置越接近连接件时，破坏时所得到的承载力值越大。荷载作用位置从距连接件50 mm（试验编号B1）逐渐增加到250 mm（试验编号B5）时，测得的连接件承载力值从6 kN减少到2 kN。当荷载远离连接件时，连接件由于附加弯矩的作用，试件整体承受较低荷载时发生了明显变形。因此，对于此项检测来说，应该使得加载位置靠近连接件以体现连接件的承载能力。对于EAD的测试方法（B6B10），测试结果显示该方案下连接件承载力与横梁长度没有较大影响，测试的承载力较大，均在1820 kN范围内。然而对于EAD的测试过程，支吊架整体经过了横向槽钢弯曲变形到连接件变形的过渡，所测得的承载力代表支吊架整体的性能，不能单独体现出连接件的承载力性能，所测结果不能提供部件的设计参考值。图3管夹抗拉拔性能测试过程0510152025303505 00010 00015 00020 00025 00030 00035 000荷载/N荷载/N位移/mm位移/mm A1 A2 A30255075100 125 150 175 20005 00010 00015 00020 00025 00030 00035 00040 000 A4 A5 A6 A7 A8(a)A1A3测试结果(b)A4A8测试结果图4管夹抗拉拔性能测试结果图5角连接件承载力测试过程02040608010012001 0002 0003 0004 0005 0006 000荷载/N荷载/N位移/mm位移/mm B1 B2 B3 B4 B50102030405005 00010 00015 00020 000 B6 B7 B8 B9 B10(a)B1B5测试结果(b)B6B10测试结果图6角连接件承载力测试结果83高速铁路新材料第 2 卷3.3槽钢螺母防滑性能研究按照表5测试方案的槽钢螺母防滑性能测试过程如图7所示，测试结果如图8所示。对于槽钢螺母防滑性能来说，两标准的测试承载力结果基本相同。当紧固扭矩较小时（30 Nm），槽钢螺母的承载力较差；随着紧固扭矩逐渐增加到50 Nm后，承载力趋于稳定。因此建议此测试的紧