李玉峰

（貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司，貴州貴陽 550006）

0 前言

在混凝土的框架結(jié)構(gòu)內(nèi)，樓板是重要的受力構(gòu)件部分，若其結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)貫通的裂縫情況，勢必對結(jié)構(gòu)的安全使用造成威脅，則對樓板實(shí)施安全性的檢測至關(guān)重要。荷載試驗(yàn)是對混凝土樓板的結(jié)構(gòu)安全性能檢驗(yàn)的重要手段，本文就以某工程為例，對其混凝土樓板開展荷載試驗(yàn)，對其安全性能實(shí)施分析和評估，來對此試驗(yàn)手段的應(yīng)用分析實(shí)現(xiàn)深入的認(rèn)識與了解。

1 工程概況

在某廠房的項(xiàng)目中，建筑的面積約有120 萬m2，它是由一系列的標(biāo)準(zhǔn)化廠房群共同組成，其廠房的結(jié)構(gòu)形式是地上的3~4層是混凝土的框架結(jié)構(gòu)類型，其樓屋面板是混凝土的現(xiàn)澆板，對基礎(chǔ)采取人工挖孔的灌注樁，要求抗震等級是四級，結(jié)構(gòu)的安全等級是二級，使用年限設(shè)計是50 年[1]。

在項(xiàng)目的施工期間，發(fā)現(xiàn)一些樓板存在開裂的現(xiàn)象，為保證樓板對正常使用的極限狀態(tài)下的要求滿足，要對其中的3 塊樓板在現(xiàn)場實(shí)施荷載試驗(yàn)的開展。所檢查的3 塊樓板中，分為2號、12 號、13 號的廠房其標(biāo)高5.98m 處樓板，這3 塊樓板設(shè)計板都是12cm 的厚度，它們平面都是9m×9m 的尺寸，板下位置主梁的截面是 300mm×800mm 的尺寸，次梁的截面是 250mm×550mm、250mm×600mm 的尺寸，次梁的軸線間距是 3m，且梁、板和柱的混凝士強(qiáng)度等級設(shè)計都是C40，其樓板活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值是10kN/m2，且準(zhǔn)永久值的系數(shù)是0.5。

2 荷載試驗(yàn)

2.1 荷載的取值

按照對混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)規(guī)范要求，對混凝土的受彎構(gòu)件其正常使用的極限狀態(tài)中荷載試驗(yàn)選擇準(zhǔn)永久的組合，此次外加的試驗(yàn)荷載值通過計算為6.5kN/m2。

2.2 加載和卸載分級

按照現(xiàn)場的實(shí)際條件，在試驗(yàn)加載中采取注水加載方式。試驗(yàn)中分作6 級的加載和3 級的卸載，達(dá)到使用的狀態(tài)所需試驗(yàn)荷載的數(shù)值前，要求持荷有15min 的時間；且在使用的狀態(tài)所需試驗(yàn)荷載的數(shù)值作用期間，要持荷有30min 的時間[2]。

3 對撓度與裂縫試驗(yàn)的結(jié)果分析

3.1 檢驗(yàn)的允許值

按照混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)規(guī)范要求，對受彎的構(gòu)件分析中，要對荷載長期的作用會對撓度造成增大影響進(jìn)行考慮，通過計算得到所檢驗(yàn)樓板的撓度具有增大的系數(shù)為2.0。

按照混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)規(guī)范要求，對受彎的構(gòu)件分析中，在受彎的構(gòu)件計算跨度l0處于7～9m 的范圍時，其構(gòu)件撓度的設(shè)計限值是l0/250，其所檢驗(yàn)的樓板l0為9m，且撓度的設(shè)計限值為l0/25036mm。

在撓度檢驗(yàn)的允許值方面，按照混凝土的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，此所檢驗(yàn)樓板中，撓度檢驗(yàn)的允許值表示為撓度的設(shè)計限值/樓板撓度增大的系數(shù)，具體值為18mm[3]。

在裂縫寬度其檢驗(yàn)的允許值方面，此所檢驗(yàn)樓板的結(jié)構(gòu)環(huán)境是一類，按照混凝土的結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)規(guī)范以及混凝土的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)條例規(guī)定，此所檢驗(yàn)樓板最大的裂縫寬度具有檢驗(yàn)的允許值為0.2mm。

3.2 對測點(diǎn)的布置

因?yàn)樵囼?yàn)樓板的長寬比都小于2，且受力的形式都是雙向板，則對所檢驗(yàn)3 塊樓板的平面尺寸以及結(jié)構(gòu)布置是相同的。按照混凝土的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)法相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對雙向板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行撓度曲線量測的測點(diǎn)沿著2 跨度或者主曲率的方向進(jìn)行布置，任一個方向中測點(diǎn)數(shù)量包括量測的支座沉降與變形測點(diǎn)要不低于5 個，所以對試驗(yàn)的樓板測點(diǎn)依據(jù)長寬方向的兩條中線進(jìn)行套四等分點(diǎn)的布置，在每條線上設(shè)置5 個點(diǎn)，一共存在9 個數(shù)量的測點(diǎn)。對試驗(yàn)樓板的各個測點(diǎn)，通過百分表對撓度測量，對裂縫寬度通過裂縫的測寬儀來觀測。

3.3 對實(shí)測值的計算

在對樓板跨中撓度的實(shí)測值計算中，要對構(gòu)件自重而產(chǎn)生變形的情況進(jìn)行考慮，且按照式（1）、式（2）進(jìn)行計算：

3.4 對測試結(jié)果的分析

4 對應(yīng)力應(yīng)變的測試結(jié)果分析

4.1 現(xiàn)場的測試

對樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力的測試中，一般是借助應(yīng)變片對結(jié)構(gòu)受荷時發(fā)生的應(yīng)變進(jìn)行測量，再按照Hooke 的定律實(shí)現(xiàn)相應(yīng)應(yīng)力的計算，此測試的系統(tǒng)主要由電橋、應(yīng)變片、靜態(tài)的應(yīng)變儀、可采集的系統(tǒng)等部分組成。

在本項(xiàng)目的荷載試驗(yàn)期間，通過DH3816 型號靜態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變式測試儀來對需要檢驗(yàn)的樓板結(jié)構(gòu)實(shí)施應(yīng)力應(yīng)變的測試操作。因?yàn)榭紤]混凝土的材料主要是受到脆性受拉的破壞影響，所以對第一強(qiáng)度的理論比較適用，也就是最大化拉應(yīng)力的理論，且此所檢驗(yàn)樓板是雙向板的類型，則在樓底的跨中進(jìn)行三向的應(yīng)變花設(shè)置，來對樓板的跨中板底第一的主應(yīng)力實(shí)施測試。對測點(diǎn)的布置中，主要是按照兩個對頭箭頭字形進(jìn)行6 個應(yīng)變片的布置，分別用 #1、#2、#3、#4、#5、#6 表示，并對上左兩邊也分別布置一個應(yīng)變片，分別用#7、#8 表示。

4.2 對現(xiàn)場測試的結(jié)果分析

在2 號廠房5.79m 的標(biāo)高位置，其④-⑤/C-D 板中跨中板底內(nèi)第一的主應(yīng)力δ1 的實(shí)測值是0.510MPa；1/C（④-⑤）梁底跨中的應(yīng)力具有實(shí)測值是0.976MPa；1/3（C-D）梁底跨中的應(yīng)力具有實(shí)測值是1.041MPa。

在12 號廠房5.79m 的標(biāo)高位置，其③-④/C-D 板中跨中板底內(nèi)第一的主應(yīng)力δ1 的實(shí)測值是0.574MPa；2/C（③-④）梁底跨中的應(yīng)力具有實(shí)測值是1.074MPa；1/3（C-D）梁底跨中的應(yīng)力具有實(shí)測值是1.139MPa。

在13 號廠房5.79m 的標(biāo)高位置，其⑦-⑧/B-C 板中跨中板底內(nèi)第一的主應(yīng)力δ1 的實(shí)測值是0.569MPa；2/B（⑦-⑧）梁底跨中的應(yīng)力具有實(shí)測值是1.009MPa；2/7（B-C）梁底跨中的應(yīng)力具有實(shí)測值是1.106MPa。

4.3 對有限元的計算

按照委托方所提供圖紙依據(jù)，通過有限元的軟件平臺對所檢驗(yàn)樓板有限元的模型進(jìn)行建立，為了滿足實(shí)際的情況以及促進(jìn)分析精度的有效提升，對梁、柱的結(jié)構(gòu)選擇BEAM 的桿單元進(jìn)行使用，對板結(jié)構(gòu)選擇SHELL 的殼單元實(shí)施模擬。此C40 的素混凝土具有3.25×1010Pa 的彈性模量，其泊松比是0.2；對構(gòu)件實(shí)際的配筋進(jìn)行考慮，通過式（3）對鋼筋的混凝土其等效彈性的模量實(shí)施計算：

式中：E1和E2分別表示混凝土的彈性模量與鋼筋的彈性模量情況；而I1和I2分別表示混凝土的慣性矩與鋼筋的慣性矩情況；Ee表示鋼筋的混凝土其等效彈性的模量；而I 是鋼筋的混凝土慣性矩情況。

通過有限元的計算得知，所檢驗(yàn)樓板跨中的板底其第一的主應(yīng)力達(dá)到0.402MPa，對上左兩邊也分別布置的應(yīng)變片#7、#8 測點(diǎn)中，梁底跨中的單向應(yīng)力值分別是0.764MPa、0.809MPa。

5 結(jié)語

綜上所述，通過此次荷載試驗(yàn)的計算與分析得到相應(yīng)的驗(yàn)證結(jié)果，得知此次所檢驗(yàn)3 塊樓板在撓度和裂縫測試的結(jié)果方面都比規(guī)范中所允許檢驗(yàn)值要??；在應(yīng)力應(yīng)變的測試結(jié)果中也表明了，這3 塊樓板的各個測點(diǎn)位置應(yīng)力的實(shí)測值多比C40 型號混凝土的抗拉強(qiáng)度具有的1.71MPa 設(shè)計值要小，且各點(diǎn)的實(shí)測值都和有限元的計算值保持基本吻合的情況，在荷載試驗(yàn)的期間，樓板的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生任何破壞的標(biāo)志。