某鋼-混結(jié)構(gòu)樓板在荷載試驗(yàn)下的裂縫分析

劉有軍 董桂紅 王紀(jì)偉

摘要：樓板裂縫是鋼-混結(jié)構(gòu)中常見的通病之一。樓板裂縫會(huì)引起滲漏，降低建筑的抗?jié)B能力，影響建筑物的使用功能。同時(shí)還會(huì)引起鋼筋的銹蝕，降低材料耐久性，影響建筑物的承載能力，降低建筑的使用壽命。以某鋼-混結(jié)構(gòu)的樓板為例，進(jìn)行現(xiàn)場荷載試驗(yàn)，記錄樓板裂縫變化、樓板和鋼梁的撓度以及樓板和鋼梁的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。分析裂縫對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，并提出處理建議。

Abstract： Floor cracks are one of the common diseases in steel-concrete structures. Floor cracks can cause leakage， reduce the building's permeability， and affect the use of buildings. Cracks will also cause corrosion of steel bars， reduce the durability of materials， and affect the bearing capacity of buildings. Cracks would reduce the useful life of buildings. Taking the floor of a steel-concrete structure as an example， the loading test is carried out to record changes of floor cracks， and the deflection of floor and steel beams are also recorded. The dynamic response of floor and steel beams are tested. The influence of cracks on structure is analyzed， and some suggestions are put forward.

關(guān)鍵詞：混凝土樓板;鋼梁;裂縫;荷載試驗(yàn)

Key words： concrete floor;steel beams;cracks;loading test

中圖分類號(hào)：TU375.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）17-0121-04

0? 引言

對于磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)類型，鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板出現(xiàn)各種程度的裂縫是十分普遍的。裂縫的存在不僅影響建筑美觀和使用功能，也極有可能會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)的安全性和整體性造成影響。樓板裂縫大多會(huì)給房屋使用者帶來不便，而樓板開裂引起的質(zhì)量投訴也一直居高不下。如何采取措施克服和控制樓板裂縫的發(fā)展是一項(xiàng)技術(shù)難題[1]。產(chǎn)生樓板裂縫的原因較多，樓板裂縫在承受內(nèi)在與外在的荷載作用下會(huì)產(chǎn)生位移，輕則影響建筑使用，重則影響結(jié)構(gòu)承載，威脅結(jié)構(gòu)安全[2]。因此，對出現(xiàn)裂縫的樓板結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行檢測鑒定是十分必要的。文章以鋼-混框架結(jié)構(gòu)為案例，對開裂嚴(yán)重的樓板進(jìn)行裂縫普查，包括開裂樓板的裂縫分布測繪及裂縫寬度測讀，以全面了解該樓樓板開裂狀況并分析裂縫成因，在裂縫普查工作完成后，樓板進(jìn)行靜載試驗(yàn)，通過觀測加載前后樓板的撓度及裂縫發(fā)展?fàn)顩r[3]，分析裂縫主要成因以及裂縫對結(jié)構(gòu)安全性的影響。

1? 工程概況

構(gòu)件幾何尺寸：

某商業(yè)中心位于昆明市北京路與霖雨路交叉口，該建筑為鋼-混框架結(jié)構(gòu)，框架柱與樓板為鋼筋混凝土構(gòu)件，框架梁為鋼梁。該建筑標(biāo)高±0.000mm 7-8/（1/0A-2/0A）樓板及7-8/（2/0A-3/0A）樓板存在不同程度開裂，裂縫特性各異[2]。受業(yè)主委托，對上述兩塊樓板進(jìn)行檢測，加載荷載為23.5t載重貨車，明確車輛荷載對上述兩塊樓板的影響。檢測項(xiàng)目分為：

①樓板裂縫在空載與車輛荷載下的寬度變化;②鋼梁與樓板跨中在車輛荷載下的撓度變化;③鋼梁跨中在車輛荷載下的動(dòng)態(tài)應(yīng)變;④樓板在車輛荷載下的動(dòng)力響應(yīng)。

車輛加載情況如圖1。

2? 現(xiàn)場檢測

2.1 樓板裂縫的寬度變化

該樓框架柱、梁構(gòu)件及樓板板底均已粉刷，現(xiàn)場檢查結(jié)構(gòu)框架柱、梁構(gòu)件及其連接節(jié)點(diǎn)未見明顯開裂或變形;填充墻體未見明顯的不均勻沉降裂縫[4]。對存在開裂的7-8/（1/0A-2/0A）樓板及7-8/（2/0A-3/0A）樓板的裂縫進(jìn)行描述并標(biāo)記（共標(biāo)記5處）。具體裂縫分布狀態(tài)如圖2。

根據(jù)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)：樓板部分裂縫狀態(tài)呈現(xiàn)為斜向分布，部分裂縫平行于字母軸方向，沿鋼梁與混凝土板的連接部位可見豎向裂縫，個(gè)別裂縫為不規(guī)則的龜裂，可見樓板裂縫無明顯分布規(guī)律，開裂形態(tài)表現(xiàn)出較為明顯的收縮裂縫特征，屬于非結(jié)構(gòu)受力裂縫[5]。

采用ZBL-F800裂縫綜合測試儀檢測加載前后樓板的撓度及裂縫寬度發(fā)展?fàn)顩r。分別測量標(biāo)記裂縫在空載與車輛荷載下的寬度變化，發(fā)現(xiàn)在空載情況下板底最大裂縫寬度測讀值為0.60mm，在車輛荷載下，裂縫寬度最大變化值為0.04mm，最小變化值為0.02mm。具體見表1。

樓板在荷載試驗(yàn)加載過程中，均未出現(xiàn)新增裂縫，各試驗(yàn)樓板在加載前后的裂縫寬度變化值較小，最大僅0.04mm，可見該樓板裂縫的形成以及發(fā)展與荷載因素的相關(guān)性不大[6]。在安全性檢驗(yàn)最大加載值作用下，所測樓板未見破壞跡象[3]。

2.2 鋼梁與樓板的撓度變化在7-8/（1/0A-2/0A）及7-8/（2/0A-3/0A）樓板的跨中及其板下主梁和次梁的跨中支設(shè)大量程百分表，觀測其在車輛荷載下的撓度變化。具體支設(shè)位置如??分別測量樓板跨中及鋼梁跨中在車輛荷載下的撓度變化，發(fā)現(xiàn)在車輛荷載下，樓板跨中最大撓度變化值為1.58mm;鋼梁跨中最大撓度變化值為0.65mm。具體見表2。試驗(yàn)樓板、鋼梁跨中撓度均小于受彎構(gòu)件的撓度允許值;實(shí)測撓度與荷載基本保持線性關(guān)系。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場 檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50784-2013）[7]第12.2.14條規(guī)定，在構(gòu)件安全性檢驗(yàn)荷載的作用下，所檢樓板的安全性滿足要求。

2.3 鋼梁動(dòng)態(tài)應(yīng)變

對7-8/（1/0A-2/0A）樓板下的鋼梁跨中下翼緣進(jìn)行打磨去漆，粘貼應(yīng)變片，并在附近同材料鋼梁6-7/（2/0A）上粘貼溫度補(bǔ)償片，組成1/4橋路，測量鋼梁在車輛荷載下的動(dòng)態(tài)應(yīng)變變化。應(yīng)變片粘貼位置如圖5、圖6。

分別測量鋼梁跨中在車輛荷載下的動(dòng)態(tài)應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)在車輛荷載下，鋼梁跨中最大動(dòng)態(tài)拉應(yīng)變在⑤號(hào)位置，為49με，遠(yuǎn)小于鋼梁的極限拉應(yīng)變。如圖7，其中①號(hào)為紅色曲線、②號(hào)為綠色曲線、③號(hào)為藍(lán)色曲線、④號(hào)為紫色曲線、⑤號(hào)為黑色曲線。

2.4 樓板動(dòng)力響應(yīng)

采用DH3819無線靜態(tài)應(yīng)變測試分析系統(tǒng)以及DH5922動(dòng)態(tài)信號(hào)測試分析系統(tǒng)對樓板7-8/（1/0A-2/0A）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。在樓板跨中位置附近固定兩個(gè)加速度傳感器，測量該樓板在車輛荷載下的動(dòng)力響應(yīng)（加速度變化），加速度傳感器固定位置如圖8，現(xiàn)場檢測如圖9。

分別測量樓板①號(hào)和②號(hào)位置在車輛荷載下的動(dòng)力響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)該樓板在車輛荷載下的最大加速度為0.001m/s2，遠(yuǎn)小于樓蓋加速度限值要求。具體如圖10，其中第一條為①號(hào)位置、第二條為②號(hào)位置。

3? 結(jié)構(gòu)裂縫原因分析

很多原因會(huì)造成混凝土構(gòu)件開裂，比如外力荷載[6]，主要表現(xiàn)為建筑受到周邊的振動(dòng)影響，建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)不均勻沉降等。此外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)欠缺考慮、施工過程養(yǎng)護(hù)不當(dāng)、溫差太大產(chǎn)生溫度應(yīng)力以及混凝土的收縮等都會(huì)使得混凝土構(gòu)件的薄弱部位產(chǎn)生裂縫。

經(jīng)過調(diào)差，該商業(yè)中心周邊環(huán)境穩(wěn)定，未有打樁、爆破等引起振動(dòng)的事項(xiàng)。而基礎(chǔ)不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫分布具有一定的規(guī)律性，表現(xiàn)為框架柱梁節(jié)點(diǎn)、填充墻及梁構(gòu)件出現(xiàn)開裂，最終才會(huì)導(dǎo)致樓板開裂[7]。經(jīng)檢測，該結(jié)構(gòu)樓板裂縫分布狀態(tài)無規(guī)律，并且未發(fā)現(xiàn)填充墻及框架梁開裂， 填充墻體未見明顯的不均勻沉降裂縫，僅部分樓板出現(xiàn)開裂現(xiàn)象?？膳懦A(chǔ)不均勻沉降的影響因素。

當(dāng)混凝土構(gòu)件所受到的約束拉應(yīng)力超過了其抗拉強(qiáng)度或極限拉應(yīng)變就會(huì)產(chǎn)生非荷載裂縫。該商業(yè)中心混凝土樓板在現(xiàn)澆過程中硬化，構(gòu)件體內(nèi)水分蒸發(fā)，構(gòu)件體積逐漸減小，商業(yè)中心的樓板較大，水分蒸發(fā)速度快，導(dǎo)致混凝土收縮的快，混凝土樓板四周產(chǎn)生的約束力增大，因此引起樓板開裂。此外，室內(nèi)外的溫度差異引起構(gòu)件的溫度應(yīng)力，使樓板在約束處開裂。

4? 結(jié)語

樓板裂縫分布狀態(tài)無規(guī)律。從結(jié)構(gòu)的受力情況分析，該商業(yè)中心的樓板裂縫并不符合板構(gòu)件受力后內(nèi)力分布的特點(diǎn)。從裂縫形態(tài)上看，有的平行支座，有的斜向走向，裂縫開裂形態(tài)屬于非結(jié)構(gòu)受力裂縫[8]。

在車輛荷載下，鋼梁跨中最大動(dòng)態(tài)拉應(yīng)變?yōu)?9με，遠(yuǎn)小于鋼梁的極限拉應(yīng)變。樓板的最大加速度為0.001m/s2，遠(yuǎn)小于樓蓋加速度限值要求。

綜合以上可知，這些裂縫的產(chǎn)生與板的結(jié)構(gòu)受荷無關(guān)，即與板的承載能力無關(guān)[8]，目前樓板裂縫對結(jié)構(gòu)承載力影響較小。建議對現(xiàn)有樓板裂縫進(jìn)行封閉處理，以保證耐久性，同時(shí)定時(shí)觀測樓板裂縫開展情況，以保證安全。

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作者簡介：劉有軍（1985-），男，云南昭通人，工程師，本科，項(xiàng)目經(jīng)理，研究方向?yàn)楣こ探Y(jié)構(gòu)檢測及鑒定。