單建春

(太原市建筑設(shè)計(jì)研究院一所，太原 030024)

0 引言

某地下停車庫主體采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，局部采用條型基礎(chǔ)和筏板基礎(chǔ)。車庫框架梁、柱構(gòu)件以及剪力墻構(gòu)件的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級均為C40。施工過程中該結(jié)構(gòu)頂部局部覆土厚度達(dá)到4～5 m，大大超過覆土設(shè)計(jì)厚度2 m，致使該區(qū)域部分框架柱構(gòu)件受壓破壞。通過對該區(qū)框架柱結(jié)構(gòu)實(shí)體進(jìn)行破損情況檢測，提出合理可行的加固方案。

1 檢測方案的制訂

本次工程檢測，主要對該區(qū)域柱子的混凝土強(qiáng)度、澆搗質(zhì)量、損傷和破壞程度進(jìn)行檢測。由于部分框架柱已經(jīng)出現(xiàn)損傷或破壞，因此檢測時既要確保檢測方法安全有效，又要充分避免檢測所帶來的二次結(jié)構(gòu)損傷。

考慮到傳統(tǒng)檢測方法，對混凝土澆搗質(zhì)量、損傷和破壞程度的檢測主要是以現(xiàn)場觀測的形式進(jìn)行，該方法雖然操作簡單卻無法對混凝土內(nèi)部缺陷作出科學(xué)評價(jià)[1]；而對混凝土強(qiáng)度的檢測則主要采用回彈法和鉆芯法[2]，鉆芯法檢測混凝土強(qiáng)度，雖然直接有效，卻不可避免對結(jié)構(gòu)帶來二次損傷?；貜椃ǖ奶攸c(diǎn)為回彈測試結(jié)果在一定范圍內(nèi)表現(xiàn)出離散性，當(dāng)混凝土的表面硬度與內(nèi)部混凝土強(qiáng)度存在較大差異時，由回彈法推定的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度誤差較大，采用碳化深度修正的回彈法來評定構(gòu)件實(shí)體混凝土強(qiáng)度只能作為參考，因此，該方法也存在一定缺陷性[3]。

綜合考慮，在現(xiàn)場觀測以及回彈測試的前提下，采用振動測試法對該區(qū)域柱子混凝土及構(gòu)件整體工作性能進(jìn)行評估。該方法是一種間接檢測方法，其基本原理是：通過測試結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自振頻率、振型和阻尼比等固有動力特性指標(biāo)，以從側(cè)面評估結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體安全性能及損傷程度。選用該方法進(jìn)行檢測，既不會對結(jié)構(gòu)造成損傷，又能綜合反映混凝土強(qiáng)度、澆搗質(zhì)量、損傷和破壞程度[4]。

2 現(xiàn)場觀測結(jié)果

通過對該區(qū)混凝土框架柱外觀質(zhì)量和損傷情況進(jìn)行的現(xiàn)場觀測，觀測結(jié)果表明：該區(qū)2-G/2-7軸、2-G/2-8 軸、2-F/2-7 軸、2-H/2-8 軸柱子存在明顯施工缺陷，主要表現(xiàn)為振搗不密實(shí)出現(xiàn)蜂窩和孔洞現(xiàn)象；此外，該部分柱子還出現(xiàn)明顯受壓破壞跡象，主要表現(xiàn)為，混凝土保護(hù)層剝落，縱向受力鋼筋屈曲(如圖1～4)；其余框架柱也存在不同程度的外觀缺陷，主要表現(xiàn)為蜂窩麻面現(xiàn)象較為普遍，其具體觀測結(jié)果如表1。

圖1 2-G/2-7 軸柱

3 框架柱的回彈法測試

依據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T23—2001)[5]的有關(guān)規(guī)定，采用回彈法對地下2 層柱子混凝土實(shí)際抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2。

從表2 中回彈結(jié)果可見：該批柱子的回彈強(qiáng)度推定值大體滿足混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；另外F～H 軸，7～9 軸所在區(qū)域柱子回彈強(qiáng)度推定值相對偏低，這說明該區(qū)域柱子混凝土施工質(zhì)量相對較差。

表1 框架柱外觀損傷調(diào)查表

表2 柱混凝土強(qiáng)度回彈結(jié)果

表2 柱混凝土強(qiáng)度回彈結(jié)果(續(xù)表)

4 振動測試結(jié)果

本次測試采用東方振動所DASP 工程版軟件系統(tǒng)對該區(qū)域柱子的動力特性進(jìn)行了現(xiàn)場測試。測試時采用人工激振的方式，讓柱子進(jìn)入振動狀態(tài)，并利用高靈敏度的傳感器、放大記錄設(shè)備，對柱子振動信號進(jìn)行采集取樣，最后借助隨機(jī)信號數(shù)據(jù)處理技術(shù)，獲得柱子各階自振頻率和振型。該方法對建筑物沒有絲毫損傷，也不影響建筑物內(nèi)工作的正常進(jìn)行，在自然環(huán)境條件下，就可量測建筑物的響應(yīng)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理后就可確定其動力特性參數(shù)。部分柱測試結(jié)果如圖3、圖4 所示。

5 柱子整體性能評估

圖3 柱2-F/2-6 振動波形和頻譜分析圖

圖4 柱2-F/2-7 振動波形和頻譜分析圖

5.1 ANSYS 計(jì)算結(jié)果

采用ANSYS 通用分析軟件，對待測構(gòu)件進(jìn)行有限元建模分析(有限元模型如圖5)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)混凝土柱子強(qiáng)度為C40，且柱子不存在任何施工缺陷和實(shí)體損傷時一階自振周期理論值如表3 所示。

圖5 柱構(gòu)件的有限元模型

表3 不同強(qiáng)度下混凝土構(gòu)件的理論第一自振頻率

5.2 柱子整體性能評價(jià)

參考我國《混凝土舊橋材質(zhì)狀況與耐久性檢測評定指南》[6]附錄D：“橋梁結(jié)構(gòu)固有模態(tài)參數(shù)的測定與結(jié)果判定應(yīng)用”，對該區(qū)柱子整體性能進(jìn)行評價(jià)，其中fdi取柱子第一階自振頻率理論值(通過ANSYS 模擬計(jì)算得到)，fmi取現(xiàn)場實(shí)測柱子一階自振頻率。

由于ANSYS 建模計(jì)算時所采取的柱子約束條件為全約束，較實(shí)際情況稍強(qiáng)，因此，柱子計(jì)算所得一階自振頻率，較真實(shí)理論值略大，以此計(jì)算結(jié)果按照表2 的方法對柱子性能進(jìn)行評價(jià)將偏于安全，綜合考慮將柱子按橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價(jià)，并且將較差狀態(tài)改為及格狀態(tài)，評價(jià)結(jié)果如表4所示。

表4 構(gòu)件動測結(jié)果

表4 構(gòu)件動測結(jié)果(續(xù)表)

根據(jù)結(jié)構(gòu)動力測試分析結(jié)果，所檢測區(qū)域共有6 根柱子處于較壞的狀態(tài)，且有2 根柱子處于危險(xiǎn)狀態(tài)，而根據(jù)混凝土強(qiáng)度回彈測試結(jié)果該區(qū)域柱子強(qiáng)度大體滿足設(shè)計(jì)要求。

6 加固方案建議

1)根據(jù)現(xiàn)場觀測結(jié)果，該批柱子施工質(zhì)量存在一定缺陷，主要表現(xiàn)在混凝土振搗不密實(shí)，大部分柱子表面存在不同程度的蜂窩麻面現(xiàn)象，且個別柱子內(nèi)部出現(xiàn)孔洞等缺陷；施工過程中過大的堆積荷載已經(jīng)使得部分框架柱構(gòu)件出現(xiàn)不同程度的受壓破壞或損傷，主要表現(xiàn)為鋼筋保護(hù)層剝落，柱子縱筋受壓屈曲。所以建議上部覆土不宜超過1.5 m。

2)根據(jù)柱子動力特性測試分析結(jié)果，該批柱子一共有6 根柱子處于較壞的狀態(tài)，且有2 根柱子處于危險(xiǎn)狀態(tài)，已經(jīng)對結(jié)構(gòu)局部和整體安全性構(gòu)成威脅，建議對上述8 根柱子采取相應(yīng)的加固措施。由于建筑要求，柱子截面不能增大，所以，建議采用方鋼管混凝土柱。將框架柱采用千斤頂支撐卸荷，鑿除已失效部位混凝土，柱外圍焊接6 mm 厚鋼板，并重新填注C40 混凝土。

7 結(jié)語

1)柱子內(nèi)部缺陷及損傷是導(dǎo)致該部分柱子動力特性不滿足設(shè)計(jì)要求的主要原因，這既包括受壓超載引起的柱子破壞損傷，又包括施工振搗不密、養(yǎng)護(hù)條件不到位等施工質(zhì)量缺陷。

2)單一根據(jù)混凝土強(qiáng)度回彈檢測結(jié)果的確無法科學(xué)評價(jià)柱子內(nèi)部損傷及缺陷，而通過柱子整體動力測試分析卻能有效地對柱子的整體受力狀況作出科學(xué)分析和評價(jià)。

[1]王玉倩.混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用研究[D].長沙：湖南大學(xué),2008.

[2]易偉建,徐麗.鋼筋混凝土板損傷診斷的動測法研究[J].振動與沖擊,2003,22(2)：23-25.

[3]王炳洪,曹輝.混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋質(zhì)量檢測及抗震鑒定[J].山西建筑,2010,36(24)：70-71.

[4]李珂.商品混凝土強(qiáng)度非破損檢測方法的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué),2002.

[5]JGJ/T23—2001,回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程[S].

[6]張勁泉.混凝土舊橋材質(zhì)狀況與耐久性檢測評定指南及工程實(shí)例[M].北京：人民交通出版社,2007.