楊 意，閆熙臣，白亞瓊，常衛(wèi)華

（1.北京市建設工程質(zhì)量第二檢測所有限公司，北京 100045；2.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進程的不斷深入，我國的一線城市建筑密度趨于飽和，大量的既有建筑加固改造工程涌現(xiàn)。當工程缺乏改造設計依據(jù)，或?qū)蝹€構(gòu)件或結(jié)構(gòu)局部承載能力存在質(zhì)疑時，目前最直觀也是最常見的就是采用原位加載試驗的方法對混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能進行驗證。

本文通過對比 GB/T 50152－2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標準》［1］（以下簡稱“標準 50152”）、GB/T 50784－2013《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標準》［2］（以下簡稱“標準 50784”）和 GB/T 50344－2019《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》［3］（以下簡稱“標準 50344”）三本國家現(xiàn)行標準的相關條文，結(jié)合實際案例，從試驗類型、試驗流程、荷載組合、檢驗計算和檢驗結(jié)論五個方面深入探討各個環(huán)節(jié)對試驗準確性造成的影響。

1 試驗類型的選擇

1.1 實際案例工程概況

北京市某高層建筑機房加固工程，高層框架核心筒結(jié)構(gòu)，14 層局部使用功能擬發(fā)生改變，采用粘碳纖維布的方法進行補強處理，加固后該樓層設計使用活荷載為 8.0 kN/m2。為了解加固后承載能力，抽取加固改造區(qū)域的一塊樓板進行了原位加載試驗，該工程為典型的加固后原位加載法荷載試驗。

1.2 試驗類型分析

目前該樓正在使用，為避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可恢復且影響使用功能的損傷，本次試驗僅驗證構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)性能。

常見的承載能力檢驗工作中，對于既有建筑的原位加載試驗，通常會進行正常使用極限狀態(tài)的試驗，而對于科學驗證性試驗或預制構(gòu)件廠常見的結(jié)構(gòu)性能試驗，在采取相應保護措施后應進行承載力極限狀態(tài)的試驗。

2 試驗流程

試驗流程由百分表的架設、加卸載程序、撓度檢測和裂縫寬度檢測四個主要部分組成，其中加卸載程序是整個試驗準確性的重要保障。

2.1 百分表的架設

根據(jù)現(xiàn)場情況以及設計試驗要求，14 層局部加固改造區(qū)域的樓面，整塊板布置 9 塊百分表，分別布置在板兩端及跨中，百分表布置示意圖如圖 1 所示，圖中 1# 至 5# 點為撓度計算觀測點位，① 至 ④ 點為支座位移驗證性觀測點位。

圖1 百分表布置示意圖

采用腳手架作為表架支撐，利用大量斜撐進行固定，以保證在實驗過程中儀表的穩(wěn)定。

另設一套腳手架支承體系作為保護性支座，兩套腳手架相互獨立，正常試驗過程中不得相互接觸或借力，避免對試驗結(jié)果造成影響。

2.2 加卸載程序

依據(jù)標準 50152 第 5.2.12 條，結(jié)合現(xiàn)場條件，并綜合成本考慮，本次試驗采用流體（水）進行均布加載，加載方式示意圖如圖 2 所示。

圖2 加載方式示意圖

本次試驗分五級加載，加載前對樓板進行全面宏觀檢查，查看樓板現(xiàn)有裂縫，詳細記錄現(xiàn)有裂縫分布情況，繪制示意圖并對裂縫寬度進行記錄。分級加載前進行預加載，檢查支座平穩(wěn)、儀表和加載設備正常工作后，對百分表進行歸零。前四級每級靜停 10 min 后讀表及觀察裂縫寬度，并觀察記錄裂縫發(fā)展情況，第五級靜停至少 1 h 后讀表及觀察裂縫寬度，且每隔 15 min 測取一次荷載和變形值，直到變形值在 15 min 內(nèi)不再明顯增加為止。

收集數(shù)據(jù)后分級卸載，并在每一級荷載和卸載全部完成后測取變形值。

加載過程中，對加載區(qū)域的樓板存在的裂縫以及樓板撓度進行實時監(jiān)控，當出現(xiàn)下列現(xiàn)象時應立即停止加載：

1）控制測點的變形、裂縫、應變等已達到或超過理論控制值；

2）結(jié)構(gòu)的裂縫、變形急劇發(fā)展；

3）撓度達到跨度的 1/50 的承載力標志；

4）出現(xiàn)受拉主筋處裂縫寬度達到 1.5 mm 的承載力標志；

5）出現(xiàn)鋼筋應變達到 0.01 的承載力標志；

6）出現(xiàn)構(gòu)件受拉主筋斷裂的承載力標志；

7）出現(xiàn)彎曲受壓區(qū)混凝土受壓開裂、破碎的承載力標志；

8）出現(xiàn)受壓構(gòu)件的混凝土受壓破碎、壓潰的承載力標志；

9）發(fā)生其他形式的意外試驗現(xiàn)象。

2.3 撓度檢測

采用水準儀對所測樓板初始撓度進行檢測并記錄。

每級加載并按要求靜置后，通過百分表讀數(shù)，計算樓板當前撓度值，并與撓度檢驗允許值進行比較。

依據(jù)標準 50152 中第 9.3.2 條、GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（2015 年版）（以下簡稱“標準 50010”）中第 7.2.1 條及第 3.4.3 條［4］，結(jié)合樓板的鋼筋配置，得出考慮荷載長期效應組合對撓度增大的影響系數(shù)θ，并進行后續(xù)計算。

經(jīng)計算，判斷當前等級加載、靜置后所測撓度值是否大于撓度檢驗允許值。

2.4 裂縫寬度檢測

依據(jù)標準 50152 中第 9.3.3 條、標準 50010 中第 7.1.1 條及第 3.4.5 條，查表得出所測樓板的設計最大裂縫寬度限值ωlim及最大裂縫寬度檢驗允許值ωmax。

經(jīng)檢測，判斷當前等級加載、靜置后所測最大裂縫寬度是否大于最大裂縫寬度檢驗允許值。

3 荷載組合的選取

該樓建于 2000 年，該加固改造區(qū)域擬作為機房及電池間使用，應設計要求，后續(xù)使用年限按 50 年考慮，依據(jù)標準 50152 第 9.1.4 條和 GB 50009－2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（以下簡稱“荷載規(guī)范”）第 3.2.5 條［5］，可變荷載考慮設計使用年限的調(diào)整系數(shù)γL取 1.0，該區(qū)域改造后設計使用活荷載為 8.0 kN/m2。

依據(jù)荷載規(guī)范第 4.0.1 條，本次試驗荷載組合中永久荷載為樓板自重 4.5 kN/m2、高 300 mm 的架空地板自重 0.5 kN/m2，下層吊頂自重 0.2 kN/m2；可變荷載為設計要求的機房使用活荷載 8.0 kN/m2。

通過規(guī)范標準的對比，可以發(fā)現(xiàn)標準 50152 和標準 50784 中均要求進行使用狀態(tài)試驗時，混凝土構(gòu)件的最大加載限值取荷載的準永久組合，而標準 50344 中規(guī)定可變荷載不宜考慮頻遇值和準永久值。

1）若按標準 50344 進行試驗，則該樓板加載限值應取加固后使用活荷載和目前未作用在結(jié)構(gòu)上的自重荷載（考慮 1.1～1.2 的超載系數(shù)φ，本次按 1.2 考慮）之和，如式（1）所示。

2）若按標準 50152 和標準 50784 進行試驗，則該樓板加載限值應取準永久組合。

依據(jù)荷載規(guī)范第 3.2.10 條，本次試驗，

荷載組合的效應設計值如式（2）所示。

=（4.5+0.5+0.2）+0.8×（8.0）=11.6 kN/m2

式中：Sd為效應設計值；SGjk為按第j個永久荷載標準值Gjk計算的荷載效應值；SQik為按第i個可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值；φqi為第i個可變荷載的準永久值系數(shù)。

實際加載值如式（3）所示。

式中：Sd為效應設計值；SG為永久荷載效應的標準值。

綜合考慮該項目現(xiàn)場情況，為避免結(jié)構(gòu)形成不可逆的損傷，造成不必要的人員及財產(chǎn)損失，本次試驗選取較為保守的荷載組合，按標準 50152 和標準 50784 進行試驗。

經(jīng)稱重，蓄水池自重約 0.04 kN/m2，蓄水加載量約為 6.9-0.04=6.86 kN/m2，水的容重為 10 kN/m3，故蓄水總高度約為 0.686 m。

確定預加載量為 0.86 kN/m2，分級加載第一級至第五級加載量均為 1.2 kN/m2。

4 計算與檢驗

4.1 撓度檢驗

4.1.1 撓度檢驗允許值計算

依據(jù)標準 50152 中第 9.3.2 條和荷載規(guī)范中第 3.4.3 條、第 7.2.1 條，本次所測樓板跨度均小于 7 m，故撓度設計限值af均為l0/200，因該工程原始設計圖紙信息缺失，經(jīng)現(xiàn)場剔鑿驗證，考慮荷載長期效應組合對撓度增大的影響系數(shù)θ均取 2.0 進行計算。

依據(jù)標準 50152 中第 9.3 條規(guī)定，并結(jié)合委托方及設計單位提供的資料進行計算，本次試驗樓板檢驗參數(shù)如下。

撓度設計限值如式（4）、式（5）所示。

4.1.2 初始撓度檢測

經(jīng)預加載（0.86 kN/m2），確認支座平穩(wěn)、儀表及加載設備工作正常后，將儀表歸零，采用水準儀對所測樓板初始撓度進行檢測，檢測結(jié)果如表 1 所示。

經(jīng)檢測，所測樓板平行數(shù)字軸方向初始撓度為12.0 mm，平行字母軸方向初始撓度為 10.0 mm；均小于試驗規(guī)范要求的撓度檢驗允許值。

4.1.3 各級加載后撓度檢測

開始分級加載，一至四級每級荷載加載完畢以后靜停 15 min，然后讀取各表讀數(shù)，第五級加載完畢后靜停 1 h，且每隔 15 min 測取一次荷載和變形值，直到變形值在 15 min 內(nèi)不再明顯增加為止。完成每級加載并按要求靜置后，通過百分表讀數(shù)，計算樓板當前撓度檢驗值，檢測結(jié)果如表 2 至表 3 所示。

經(jīng)檢測，所測樓板在分五級加載至 6.86 kN/m2（即設計使用活荷載為 8.0 kN/m2時的正常使用極限狀態(tài)的試驗加載值）的過程中最大撓度檢驗值均小于規(guī)范要求的撓度檢驗允許值，滿足正常使用極限狀態(tài)的撓度檢驗要求。

表1 初始撓度檢測結(jié)果匯總表 mm

4.2 裂縫寬度檢驗

依據(jù)標準 50152 中第 9.3.3 條、標準 50010 中第 7.1.1 條及第 3.4.5 條，本次所測樓板所處環(huán)境均為一類，北京地區(qū)年平均相對濕度小于 60 %，經(jīng)查表所測樓板的最大裂縫寬度限值ωlim=0.40，最大裂縫寬度檢驗允許值ωmax=0.25。

表2 測點累計變形實測值 mm

表3 消除支座影響后累計變形實測值 mm

經(jīng)初步檢查，未發(fā)現(xiàn)所測樓板存在裂縫。完成每級加載并按要求靜置后，對其進行全面檢查，所測樓板在加載過程中，全程未發(fā)現(xiàn)新增裂縫，滿足正常使用極限狀態(tài)的裂縫寬度檢驗要求。

5 檢驗結(jié)論

本次試驗所測樓板在正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)性能的各項檢驗指標全部滿足規(guī)范要求，該樓板的結(jié)構(gòu)性能滿足使用活荷載為 8.0 kN/m2對應的正常使用極限狀態(tài)的檢驗要求。

目前該工程已按照設計使用荷載安全投入使用，各結(jié)構(gòu)構(gòu)件均工作正常。

6 結(jié)語

本文從荷載試驗相關的規(guī)范標準出發(fā)，給出了試驗中各個環(huán)節(jié)對應條文規(guī)定的差異，并結(jié)合實際案例展開深入討論，總結(jié)結(jié)論如下。

1）當試驗對象為正在使用的既有建筑中的構(gòu)件時，考慮到下層空間正在使用，且后續(xù)仍需繼續(xù)使用，為避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不可恢復且影響使用功能的缺陷，或造成人員財產(chǎn)損失，宜進行正常使用極限狀態(tài)的原位加載試驗；適用性檢驗可最大程度模擬構(gòu)件正常使用過程中受力的真實狀態(tài)。

2）試驗中的荷載取值宜按照標準 50152 和標準 50784 的荷載組合要求進行計算選取，但對于目前未作用在結(jié)構(gòu)上的恒載，建議考慮 1.1～1.2 的超載系數(shù)。

3）試驗應設定驗證性點位，計算支座的位移、變形量，從而排除支座變形對試驗結(jié)果造成的影響。

4）卸載程序，建議遵循分級卸載的原則，可以避免荷載變化過快對所測構(gòu)件造成不必要的損傷。

目前從事檢測試驗的機構(gòu)和技術(shù)人員日益增多，對于規(guī)范的理解程度參差不齊，通常對荷載試驗的試驗類型和荷載組合缺乏清晰的認知，往往會以設計單位提供的荷載直接進行實荷加載，而忽略了荷載組合的選取，但對于大荷載的承重構(gòu)件，錯誤的荷載組合取值可能導致所測構(gòu)件出現(xiàn)不可逆的變形或損傷，甚至造成重大安全事故。當承接類似的大荷載既有建筑原位加載試驗時，應當向設計單位及甲方說明荷載組合的選取，并在結(jié)論中注明試驗是對所測構(gòu)件正常使用極限狀態(tài)的檢驗。Q