某地下停車(chē)庫(kù)框架柱破損情況檢測(cè)及加固方案

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(chē)庫(kù)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(chē)庫(kù)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(jí)均為C40。施工過(guò)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(guò)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(guò)對(duì)該區(qū)框架柱結(jié)構(gòu)實(shí)體進(jìn)行破損情況檢測(cè)，提出合理可行的加固方案。

1 檢測(cè)方案的制訂

本次工程檢測(cè)，主要對(duì)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(cè)。由于部分框架柱已經(jīng)出現(xiàn)損傷或破壞，因此檢測(cè)時(shí)既要確保檢測(cè)方法安全有效，又要充分避免檢測(cè)所帶來(lái)的二次結(jié)構(gòu)損傷。

考慮到傳統(tǒng)檢測(cè)方法，對(duì)混凝土澆搗質(zhì)量、損傷和破壞程度的檢測(cè)主要是以現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的形式進(jìn)行，該方法雖然操作簡(jiǎn)單卻無(wú)法對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷作出科學(xué)評(píng)價(jià)[1]；而對(duì)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)則主要采用回彈法和鉆芯法[2]，鉆芯法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度，雖然直接有效，卻不可避免對(duì)結(jié)構(gòu)帶來(lái)二次損傷?；貜椃ǖ奶攸c(diǎn)為回彈測(cè)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(shí)，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(lái)評(píng)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(chǎng)觀測(cè)以及回彈測(cè)試的前提下，采用振動(dòng)測(cè)試法對(duì)該區(qū)域柱子混凝土及構(gòu)件整體工作性能進(jìn)行評(píng)估。該方法是一種間接檢測(cè)方法，其基本原理是：通過(guò)測(cè)試結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自振頻率、振型和阻尼比等固有動(dòng)力特性指標(biāo)，以從側(cè)面評(píng)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(cè)，既不會(huì)對(duì)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(chǎng)觀測(cè)結(jié)果

通過(guò)對(duì)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(chǎng)觀測(cè)，觀測(cè)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(cè)結(jié)果如表1。

圖1 2-G/2-7 軸柱

3 框架柱的回彈法測(cè)試

依據(jù)《回彈法檢測(cè)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(duì)地下2 層柱子混凝土實(shí)際抗壓強(qiáng)度值進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2 中回彈結(jié)果可見(jiàn)：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(duì)偏低，這說(shuō)明該區(qū)域柱子混凝土施工質(zhì)量相對(duì)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(dòng)測(cè)試結(jié)果

本次測(cè)試采用東方振動(dòng)所DASP 工程版軟件系統(tǒng)對(duì)該區(qū)域柱子的動(dòng)力特性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試時(shí)采用人工激振的方式，讓柱子進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，并利用高靈敏度的傳感器、放大記錄設(shè)備，對(duì)柱子振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集取樣，最后借助隨機(jī)信號(hào)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(duì)建筑物沒(méi)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(cè)建筑物的響應(yīng)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析處理后就可確定其動(dòng)力特性參數(shù)。部分柱測(cè)試結(jié)果如圖3、圖4 所示。

5 柱子整體性能評(píng)估

圖3 柱2-F/2-6 振動(dòng)波形和頻譜分析圖

圖4 柱2-F/2-7 振動(dòng)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(duì)待測(cè)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(shí)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(píng)價(jià)

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

由于ANSYS 建模計(jì)算時(shí)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(duì)柱子性能進(jìn)行評(píng)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(píng)價(jià)，并且將較差狀態(tài)改為及格狀態(tài)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表4所示。

表4 構(gòu)件動(dòng)測(cè)結(jié)果

表4 構(gòu)件動(dòng)測(cè)結(jié)果(續(xù)表)

根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力測(cè)試分析結(jié)果，所檢測(cè)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(cè)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(chǎng)觀測(cè)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(gè)別柱子內(nèi)部出現(xiàn)孔洞等缺陷；施工過(guò)程中過(guò)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(guò)1.5 m。

2)根據(jù)柱子動(dòng)力特性測(cè)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(duì)結(jié)構(gòu)局部和整體安全性構(gòu)成威脅，建議對(duì)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(yǔ)

1)柱子內(nèi)部缺陷及損傷是導(dǎo)致該部分柱子動(dòng)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(cè)結(jié)果的確無(wú)法科學(xué)評(píng)價(jià)柱子內(nèi)部損傷及缺陷，而通過(guò)柱子整體動(dòng)力測(cè)試分析卻能有效地對(duì)柱子的整體受力狀況作出科學(xué)分析和評(píng)價(jià)。

[1]王玉倩.混凝土強(qiáng)度檢測(cè)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)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(dòng)測(cè)法研究[J].振動(dòng)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(cè)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(cè)方法的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué),2002.

[5]JGJ/T23—2001,回彈法檢測(cè)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(cè)評(píng)定指南及工程實(shí)例[M].北京：人民交通出版社,2007.