徐海軍
(甘肅省建筑科學(xué)研究院,甘肅 蘭州 730050)
加固后現(xiàn)澆混凝土樓板承載能力和加固效果的研究
徐海軍
(甘肅省建筑科學(xué)研究院,甘肅蘭州730050)
現(xiàn)澆混凝土樓板由于施工或者使用等原因,常常會出現(xiàn)蜂窩、麻面、裂縫等質(zhì)量缺陷,這些缺陷輕則影響房屋的美觀性,重則影響房屋結(jié)構(gòu)的承載能力。當(dāng)出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)承載能力的質(zhì)量缺陷時應(yīng)對現(xiàn)澆板及時進(jìn)行加固處理,加固后現(xiàn)澆板的承載能力理論上是沒有問題的。為了驗(yàn)證加固后現(xiàn)澆板的承載能力是否滿足要求,可以采用原位加載試驗(yàn)。主要對原位加載試驗(yàn)來檢驗(yàn)加固后現(xiàn)澆混凝土樓板的承載能力進(jìn)行研究,并用某商務(wù)大廈現(xiàn)澆樓板原位加載試驗(yàn)實(shí)例,通過原位加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,來評價(jià)該現(xiàn)澆樓板的承載能力和加固效果。
現(xiàn)澆樓板;加固;承載能力;原位加載
1.1概述
原位加載試驗(yàn)是目前常用的一種檢驗(yàn)現(xiàn)澆板承載能力的方法,具有可操作性強(qiáng)、加載量大、目的性強(qiáng)等特點(diǎn),通過不同加載量下結(jié)構(gòu)的位移、裂縫、應(yīng)變等參數(shù)來檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力。常用的加載方法有重物加載、散體加載、液體加載、氣體加載、集中力的等效加載及組合加載等,在實(shí)際中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況采用合適的加載方式。
1.2原位加載試驗(yàn)的分類
1.2.1使用狀態(tài)試驗(yàn)
根據(jù)正常使用極限狀態(tài)的檢驗(yàn)項(xiàng)目驗(yàn)證或評估結(jié)構(gòu)的使用功能。
1.2.2承載力試驗(yàn)
根據(jù)承載能力極限狀態(tài)的檢驗(yàn)項(xiàng)目驗(yàn)證或評估結(jié)構(gòu)的承載能力。
1.3原位加載試驗(yàn)的最大加載限值
1.3.1使用狀態(tài)試驗(yàn)
僅檢驗(yàn)構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度、裂縫寬度時,試驗(yàn)的最大加載限值宜取正常使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件取荷載的準(zhǔn)永久組合。
正常使用極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值表達(dá)式:Sd=SG+ ψqSQ
1.3.2承載力試驗(yàn)
當(dāng)檢驗(yàn)構(gòu)件承載力時,試驗(yàn)的最大加載限值宜取承載力狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)r0乘積的1.60倍。
承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值表達(dá)式:Sd= rGSG+rQSQ
式中:Sd——荷載組合設(shè)計(jì)值
SG——恒載標(biāo)準(zhǔn)值
SQ——活載標(biāo)準(zhǔn)值
ψq——活載準(zhǔn)永久值系數(shù)
rG——恒載分項(xiàng)系數(shù)
rQ——活載分項(xiàng)系數(shù)
1.4原位加載試驗(yàn)的分析判斷
原位加載試驗(yàn)的最大難點(diǎn)是必須進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)的分析和判斷,一些主要的檢驗(yàn)結(jié)論應(yīng)在試驗(yàn)現(xiàn)場確定,加載過程中試驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、分析和判斷就顯得十分重要。因此,應(yīng)當(dāng)在試驗(yàn)前制定詳細(xì)的加載方案,明確各級臨界荷載值以及相應(yīng)的承載力標(biāo)志,現(xiàn)場試驗(yàn)按照制定的方案進(jìn)行,在試驗(yàn)結(jié)束就能得出準(zhǔn)確的結(jié)論。
2.1工程概況
蘭州市某商務(wù)大廈為地上26層的框架-剪力墻結(jié)構(gòu),樓蓋為現(xiàn)澆混凝土樓蓋。該商務(wù)大廈第14層6~8/J~M軸線房間因業(yè)務(wù)需要將其改為檔案庫使用,根據(jù)該商務(wù)大廈設(shè)計(jì)圖紙,原設(shè)計(jì)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0kN/m2,樓板厚度為120mm,梁、板、柱混凝土強(qiáng)度等級均為C40,改為檔案庫后樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為5.0kN/m2。為滿足要求,對其進(jìn)行加固,加固方法為:梁、柱采用外粘鋼板法,現(xiàn)澆板底采用粘貼碳纖維布法,加固后板厚為180mm。為檢驗(yàn)該現(xiàn)澆混凝土樓板承載能力是否滿足要求,對其進(jìn)行原位加載試驗(yàn)。通過原位加載試驗(yàn)過程中現(xiàn)澆板的撓度和裂縫發(fā)展情況以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,來評價(jià)該現(xiàn)澆板的承載能力和加固效果。
2.2試驗(yàn)荷載
根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定,為檢驗(yàn)該現(xiàn)澆樓板承載力,試驗(yàn)的最大加載值取承載力狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)r0乘積的1.60倍。
對于本原位加載試驗(yàn),恒載標(biāo)準(zhǔn)值SG取為裝修恒荷載1.25kN/m2,活載標(biāo)準(zhǔn)值SQ為5.0kN/m2,恒載分項(xiàng)系數(shù)rG為1.2,活載分項(xiàng)系數(shù)rQ為1.4,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)r0為1.0。
承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值:1.2×1.25kN/ m2+1.4×5.0kN/m2=8.5kN/m2
單位面積總加載值:1.6×1.0×(1.2×1.25kN/m2+ 1.4×5.0kN/m2)=13.6kN/m2
總加載重量:13.6kN/m2×8.0m×7.5m=816kN
2.3承載能力標(biāo)志及加固效果的判斷
原位加載試驗(yàn)采用分級加載的方式,當(dāng)出現(xiàn)下列標(biāo)志之一時,即應(yīng)判斷該樓板已達(dá)到了承載能力極限狀態(tài):彎曲撓度達(dá)到跨度的1/50或懸臂長度的1/25;受拉主筋處裂縫寬度達(dá)到1.50mm或鋼筋應(yīng)變達(dá)到0.01;構(gòu)件的受拉主筋斷裂;彎曲受壓區(qū)混凝土受壓開裂、破碎。達(dá)到總加載量816kN時若未出現(xiàn)上述標(biāo)志,可認(rèn)為該樓板滿足承載能力極限狀態(tài)的要求。
在試驗(yàn)荷載作用下,該樓板的實(shí)測撓度小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010規(guī)定的撓度允許值,可認(rèn)為該樓板能滿足正常使用的要求。
在試驗(yàn)荷載作用下,該樓板的實(shí)測撓度小于計(jì)算撓度,可認(rèn)為該樓板加固效果良好。
2.4試驗(yàn)過程
2.4.1加載方法
原位加載試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和現(xiàn)場條件選擇合適的加載方法,考慮到現(xiàn)場實(shí)際條件,本次采用堆載袋裝水泥的方法進(jìn)行,袋裝水泥每袋重50kg。
2.4.2測點(diǎn)布置
該樓板為雙向板,沿板底縱向和橫向中線,分別在支座端、1/4跨、跨中、3/4跨各布置1個測點(diǎn),共9個測點(diǎn),采用精度為0.01mm、量程為50mm的百分表進(jìn)行撓度測量,測點(diǎn)布置示意圖如圖1所示。
圖1 測點(diǎn)布置圖(單位:mm)
2.4.3分級加載
本次原位加載試驗(yàn)采用14級加載,第1級加載為承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值的75%,第2級加載為承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值,從第3級加載開始,每級增加承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值的5%,直至承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值的1.6倍為止,各級持荷時間為15min。
2.4.4分級卸載
每級卸載值為承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值的20%,直至卸載完畢。全部卸載完成1h后,重新測量殘余變形。
2.5試驗(yàn)結(jié)果及分析
最大加載量下各測點(diǎn)的實(shí)測撓度:根據(jù)百分表測量的各測點(diǎn)的撓度如圖2、圖3所示。
圖2 8m跨方向第14級加載下各測點(diǎn)撓度
圖3 7.5m跨方向第14級加載下各測點(diǎn)撓度
從圖2、圖3可以看出:在最大加載量下該樓板跨中(3號測點(diǎn))的撓度最大,為8.75mm。
最大加載量下該樓板未出現(xiàn)承載能力標(biāo)志,可認(rèn)為該樓板滿足承載能力極限狀態(tài)的要求。
在試驗(yàn)荷載作用下,該樓板的實(shí)測撓度小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)規(guī)定的撓度允許值l0/250(l0為構(gòu)件的計(jì)算跨度),可認(rèn)為該樓板能滿足正常使用的要求。
理論計(jì)算撓度:采用盈建科結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對該樓板進(jìn)行有限元計(jì)算,在最大荷載作用下,其最大計(jì)算撓度(跨中3號測點(diǎn))為12.49mm,實(shí)測撓度和理論計(jì)算撓度與荷載的關(guān)系如圖4所示。
圖4 跨中3號測點(diǎn)各加載級下實(shí)測撓度與計(jì)算撓度
從圖4可以看出:在試驗(yàn)荷載作用下,該樓板的實(shí)測撓度小于計(jì)算撓度,可認(rèn)為該樓板加固效果良好。
原位加載試驗(yàn)是混凝土結(jié)構(gòu)中最常用的試驗(yàn)方法,針對的是結(jié)構(gòu)中具體的構(gòu)件,為了避免對構(gòu)件進(jìn)行破壞性試驗(yàn),要根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康闹?jǐn)慎選擇最大試驗(yàn)荷載。由于原位加載試驗(yàn)受諸多因素的干擾,如試驗(yàn)條件、試驗(yàn)荷載、混凝土強(qiáng)度等的影響,在進(jìn)行原位加載試驗(yàn)時,要根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合理且更符合構(gòu)件受力狀態(tài)的加載方法,規(guī)范試驗(yàn)過程,對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析,這樣才能正確的判斷結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的承載能力等性能。
[1]混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50152-2012)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.
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TU755.7