現(xiàn)澆混凝土樓板荷載試驗分析

滕建芝

(福建博海工程技術(shù)有限公司 福建福州 350000)

0 引言

在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中，樓板作為一個受力構(gòu)件，一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)貫通裂縫，將給結(jié)構(gòu)的使用安全帶來威脅，需結(jié)合工程檢測方法對其進行安全使用性能檢驗，驗證其正常使用階段及承載力極限狀態(tài)變形是否滿足相關(guān)規(guī)范要求[1-2]。在工程檢測方式推陳出新快速發(fā)展的趨勢下，驗證結(jié)構(gòu)安全性能最為直觀、可靠、穩(wěn)定的檢測方法仍然是荷載試驗[3]。

本文以福建省某框架結(jié)構(gòu)損傷樓板為實例，采用現(xiàn)場堆沙袋對樓板進行荷載試驗，對損傷樓板結(jié)構(gòu)安全使用性能進行檢驗，闡述了樓板荷載試驗的基本內(nèi)容、試驗方法以及評定標準，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

福建省某框架結(jié)構(gòu)建筑總面積2782.4m2，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，層高3.3m，共4層，樓屋面板為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)為1.0，設(shè)計使用年限為50年，抗震等級為四級。

圖1 三層樓板平面圖

施工過程發(fā)現(xiàn)三樓開間7號及9號軸線與進深C號及E號軸線(記為3B-(7-9)-(C-E))的樓板以及屋頂開間8號及10號軸線與進深P號及S號軸線(記為WB-(8-10)-(P-S)的樓板出現(xiàn)貫通裂縫，平面如圖1～圖2所示。為了解裂縫對樓板的正常使用狀態(tài)及承載力極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)性能是否造成影響，需對其進行現(xiàn)場荷載試驗檢驗。樓板厚120mm，混凝土強度C40，樓板及主次梁尺寸如表1所示。

圖2 屋頂樓板平面圖

表1 樓板及主次梁尺寸 m

2 荷載取值及判定標準

2.1 試驗荷載取值

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)[4]及設(shè)計圖紙，樓板裝修荷載標準值取1.3kN/m2，屋面活載標準值取2.0kN/m2，三層樓板活載標準值取3.0kN/m2，鋼筋混凝土樓板自重取25.0kN/m3。

本文對樓板撓度及裂縫檢測屬于驗證性試驗，所以，事先確定各級臨界荷載對結(jié)構(gòu)的撓度、裂縫及承載力等加以檢驗。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》(GBT50152-2012)[5]第5.3條及第7.3.3條確定各級試驗加載荷載等級，如表2所示。

表2 樓板試驗加載荷載等級

依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)[6]，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件正常使用狀態(tài)的荷載組合采用準永久組合。因此，該試驗樓板荷載準永久組合Sd為：

(1)

式中：

SGjk——按第j個永久荷載標準值；

SQik——按第i個可變荷載標準值；

φqi——按第i個可變荷載準永久系數(shù)；本文取0.4；

m——參與組合的永久荷載數(shù)；

n——參與組合的可變荷載數(shù)。

依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)第3.2.2條，鋼筋混凝土受彎構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的荷載組合采用基本組合。該試驗樓板荷載基本組合Sd為：

(2)

式中：

γGj——第j個永久荷載的分項系數(shù)，本文取1.2；

γQi——第i個可變荷載的分項系數(shù)，本文取1.4；

γLi——第i個可變荷載考慮設(shè)計使用年限的調(diào)整系數(shù)，本文取1.0；

φci——第i個可變荷載Qi的組合值系數(shù)。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》(GBT50152-2012)第7.3.1條，試驗加載臨界值時等于加載系數(shù)與承載力荷載設(shè)計值及結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)乘積，因此試驗加載值如下：

(1)Qs=恒載標準值(裝修層+樓板自重)+0.4×活載標準值-已有恒載(樓板自重標準值)；

(2)Qcr1=1.2×{1.2×恒載標準值(裝修層+樓板自重)+1.4×活載標準值}-已有恒載(樓板自重標準值)；

(3)Qcr2=1.3×{1.2×恒載標準值(裝修層+樓板自重)+1.4×活載標準值}-已有恒載(樓板自重標準值)；

(4)Qd=1.6×{1.2×恒載標準值(裝修層+樓板自重)+1.4×活載標準值}-已有恒載(樓板自重標準值)。

試驗樓板試驗加載值匯總?cè)绫?所示。

表3 樓板試驗加載荷載數(shù)值匯總 kN/m2

2.2 撓度及裂縫判定標準

(1)樓板正常使用狀態(tài)

由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)第3.4.3知，當樓板跨度l0<7m時，構(gòu)件的撓度限值為l0/200，l0為結(jié)構(gòu)計算跨度，由于試驗樓板為雙向板，所以取長寬較小值進行計算。由《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》第9.3.3規(guī)定，鋼筋混凝土構(gòu)件撓度檢驗允許值：

[as]=[af]/θ

(3)

式(3)中：

[as]——構(gòu)件撓度校驗允許值；

[af]——構(gòu)件撓度校限制值；

θ——構(gòu)件考慮荷載長期效應(yīng)組合對撓度增大的影響系數(shù)，本文θ=1.6。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2010)第3.4.5及《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》(GBT50152-2012)第9.3.3知，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級時，構(gòu)件最大裂縫寬度設(shè)計限值wlim=0.2mm，構(gòu)件對應(yīng)的裂縫最大寬度檢驗允許值[wmax]=0.15mm。則試驗樓板在正常使用狀態(tài)撓度及裂縫檢驗允許值如表4所示。

表4 試驗樓板在正常使用狀態(tài)撓度及裂縫檢驗允許值 mm

(2)承載能力極限狀態(tài)

試驗樓板在臨界試驗加載值作用下達到表5所列出的承載力標志，即可判定試驗樓板達到承載力極限狀態(tài)。

表5 試驗樓板承載力達到標志[6]

注：跨度取雙向板長寬較小值

3 荷載試驗

3.1 試驗加載及卸載分級

該試驗樓板采用堆沙袋進行加載，加載分成16級，每級持荷20min；卸載分成4級，前三級每級持荷20min，最后一級卸載完成后持續(xù)12h。每級加載、卸載持荷結(jié)束后，對試驗樓板各測點撓度進行量測，并觀察開裂狀況，試驗樓板每級加載及卸載分級數(shù)值如表6～表7所示。

表6 試驗樓板加載分級數(shù)值匯總

表7 試驗樓板卸載分級數(shù)值匯總 kN/m2

3.2 測點布置及檢測儀器

由于試驗樓板長寬之比均小于2，受力形式采用雙向板，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》(GBT50152-2012)知，雙向板結(jié)構(gòu)量測撓度曲線的測點應(yīng)沿2個跨度或主曲率方向布置，且任一方向的測點數(shù)包括量測支座沉降和變形的測點在內(nèi)不應(yīng)少于5點[6]，因此試驗樓板測點按長寬方向兩條中線的四等分點布置，每條線上5個點，共9個測點，三層樓板測點編號為3B1～3B9，屋頂樓板測點編號為WB1～WB9，布置如圖3～圖4所示，試驗樓板各測點的撓度采用百分表測量，裂縫寬度采用裂縫測寬儀進行觀測。

圖3 裂縫測寬儀

圖4 百分表

3.3 測試結(jié)果

所檢3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)板底有多條貫通裂縫，現(xiàn)場通過注水，讓裂縫顯示出來，樓板的現(xiàn)場裂縫分布如圖5～圖6所示。

圖5 3B-(7-9)-(C-E)樓板裂縫分布示意圖

圖6 WB-(8-10)-(P-S)樓板裂縫分布示意圖

(1)在使用狀態(tài)試驗荷載值下，3B-(7-9)-(C-E)板底中心的撓度值為1.58mm，板底裂縫最大測讀值為0.14mm，未超過撓度檢驗允許值限值11.25mm及構(gòu)件的最大裂縫寬度檢驗允許值0.15mm；WB-(8-10)-(P-S)板底中心的撓度值為0.94mm，板底裂縫最大測讀值為0.14mm，未超過撓度檢驗允許值限值13.4mm及構(gòu)件的最大裂縫寬度檢驗允許值0.15mm。

(2)在Qcr1作用下，3B-(7-9)-(C-E)板底中心的撓度值為6.11mm，板底裂縫最大測讀值為0.15mm，未超過撓度限值3600/50=72mm及裂縫寬度限值1.50mm；WB-(8-10)-(P-S)板底中心的撓度值為2.27mm，板底裂縫最大測讀值為0.16mm，未超過撓度限值4300/50=86mm及裂縫寬度限值1.50mm。

(3)在Qcr2作用下，3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)樓板受壓區(qū)混凝土均未出現(xiàn)受壓開裂、破碎等現(xiàn)象。

(4)在Qd作用下，3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)樓板受拉主筋均未發(fā)生斷裂。

樓板3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)在荷載試驗加、卸載過程中均未出現(xiàn)新裂縫，通過3B-(7-9)-(C-E)荷載撓度曲線及WB-(8-10)-(P-S)荷載撓度曲線，如圖7～圖8所示，樓板中心撓度基本呈線性變化，還處于彈性變形階段。

圖7 3B-(7-9)-(C-E) 荷載撓度曲線

圖8 WB-(8-10)-(P-S) 荷載撓度曲線

4 結(jié)論

本文以福建省某框架結(jié)構(gòu)損傷樓板為實例，采用現(xiàn)場堆沙袋對樓板進行荷載試驗，對損傷樓板結(jié)構(gòu)安全使用性能進行檢驗。試驗結(jié)果表明，損傷樓板正常使用狀態(tài)及承載力極限狀態(tài)樓板變形及裂縫滿足規(guī)范要求，荷載撓度曲線基本呈線性變化，還處于彈性變形階段，因此檢驗樓板滿足結(jié)構(gòu)安全使用性能要求。

在實際工程中，樓板出現(xiàn)了貫通裂縫，需對其安全性進行檢驗時，可借鑒和參考本文提供的荷載試驗內(nèi)容及方法對樓板的結(jié)構(gòu)安全性能做出評定。