某高層住宅預(yù)制樓梯靜載試驗(yàn)與分析

劉煉凱（廣東建粵工程檢測有限公司）

某高層住宅預(yù)制樓梯靜載試驗(yàn)與分析

劉煉凱
（廣東建粵工程檢測有限公司）

通過對廣州某高層住宅預(yù)制樓梯進(jìn)行荷載試驗(yàn)，得出該預(yù)制樓梯在試驗(yàn)荷載作用下的變形情況，結(jié)果表明該預(yù)制樓梯滿足正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的要求。

荷載試驗(yàn)；承載力；撓度；裂縫

1　工程概況

廣州某高層住宅建筑一期5#樓為28層框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度。由于該建筑樓梯采用預(yù)制裝配式，為確保使用安全，現(xiàn)選取該建筑第20層的一塊預(yù)制樓梯進(jìn)行非破壞性荷載試驗(yàn)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，構(gòu)件高度為3.185m，寬度為1.330m，計(jì)算跨度取5.200m。恒荷載（含自重）=7.1kN/m2、活荷載=3.5kN/m2。

2　試驗(yàn)方案

2.1 最大試驗(yàn)荷載

根據(jù)GB50152-2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和GB50204-2015《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的要求，本次試驗(yàn)，在驗(yàn)證正常使用極限狀態(tài)的時(shí)候試驗(yàn)荷載取3.5kN/m（2取標(biāo)準(zhǔn)組合，扣除自重），在驗(yàn)證承載能力極限狀態(tài)的時(shí)候試驗(yàn)荷載取9.0kN/m2，為內(nèi)力組合設(shè)計(jì)值與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、承載力標(biāo)志對應(yīng)的加載系數(shù)的乘積。

即：

（1.2×7.1+1.4×3.5）×1.0×1.2-7.1=9.0kN/m2

其中，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0；

承載力標(biāo)志對應(yīng)的加載系數(shù)按裂縫和撓度控制，取1.2 。

2.2 試驗(yàn)荷載分級(jí)

按GB50152-2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求，本次試驗(yàn)加載分10級(jí)，卸載分2級(jí)。樓梯試驗(yàn)開始前進(jìn)行預(yù)加載，檢驗(yàn)支座是否平穩(wěn)，百分表是否正常。預(yù)加荷載值可取正常使用極限狀態(tài)下試驗(yàn)荷載的50%。將1.330m寬梯板劃分為五個(gè)1330mm×1040mm的區(qū)域，面積為1.38m2，按每一個(gè)區(qū)域分級(jí)加載。具體試驗(yàn)加、卸載情況見表1。

2.3 試驗(yàn)方法

荷重采用砂包，砂包重量62.1kg/袋不少于100袋。試驗(yàn)前對砂包重量進(jìn)行過磅，試驗(yàn)時(shí)按每級(jí)施加荷載量所需的砂包重量、袋數(shù)，用人工均布地搬放在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上。試驗(yàn)過程中，如果出現(xiàn)撓度超過限值、撓度快速增加并無收斂趨勢、裂縫寬度超過限值或者裂縫寬度快速增加并無收斂趨勢等情況，及時(shí)終止試驗(yàn)。

2.4 樓梯變形觀測與觀測點(diǎn)布設(shè)

表1　試驗(yàn)加、卸載分級(jí)及各級(jí)加、卸載量

樓梯在荷載作用下產(chǎn)生的變形采用百分表測量，裂縫觀測采用JC-10型讀數(shù)顯微鏡。變形觀測點(diǎn)布設(shè)在梯板兩支座點(diǎn)、四分之一點(diǎn)以及跨中點(diǎn)，兩側(cè)各5個(gè)測點(diǎn)，共10個(gè)測點(diǎn)，測點(diǎn)布置圖詳見圖1。

圖1　試驗(yàn)樓梯測點(diǎn)布置及編號(hào)示意圖

2.5 樓梯撓度變形值及最大裂縫寬度控制

樓梯在試驗(yàn)加載過程中的撓度變形值及最大裂縫允許值按GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定嚴(yán)格控制。本次試驗(yàn)受彎構(gòu)件的撓度限值為L0/200=5200/200=26mm（L0＜7m）；最大裂縫寬度限值為0.30mm。

3　評定標(biāo)準(zhǔn)

3.1 正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行評定標(biāo)準(zhǔn)

⑴結(jié)構(gòu)構(gòu)件荷載達(dá)到要求的試驗(yàn)荷載；

⑵在要求的試驗(yàn)荷載作用下，對于計(jì)算跨度L0＜7m的受彎構(gòu)件，其最大撓度≤L0/200；對于計(jì)算跨度7m≤L0≤9m的受彎構(gòu)件，其最大撓度≤L0/250；

⑶在最大試驗(yàn)荷載作用下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所產(chǎn)生的裂縫最大寬度≤0.30mm。

當(dāng)同時(shí)滿足上述三項(xiàng)條件時(shí)，評定該結(jié)構(gòu)構(gòu)件滿足

正常使用極限狀態(tài)要求。

3.2 承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行評定標(biāo)準(zhǔn)

γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；

［γu］為構(gòu)件承載力檢驗(yàn)系數(shù)允許值。

如加載至最大試驗(yàn)荷載值，仍未出現(xiàn)任何承載力標(biāo)志，則應(yīng)停止加載并判斷構(gòu)件滿足承載力要求。

4　試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 正常使用極限狀態(tài)

⑴樓梯變形測量結(jié)果（見表2、表3），荷載-變形曲線見圖2～3。

表2　樓梯變形測量結(jié)果

圖2　1#測點(diǎn)～5#測點(diǎn)荷載-變形曲線圖

表3　樓梯變形測量結(jié)果

圖3　6#測點(diǎn)～10#測點(diǎn)荷載-變形曲線圖

⑵撓度計(jì)算

根據(jù)上述各測點(diǎn)的變形值，該樓梯加載到正常使用極限狀態(tài)下試驗(yàn)荷載時(shí)（第三級(jí)荷載）各點(diǎn)撓度值如表4所示。

由表4可知，最大撓度點(diǎn)在跨中位置。對跨中撓度進(jìn)行支座沉降的修正，修正量則在正常使用極限狀態(tài)試驗(yàn)荷載作用下，跨中撓度為3.72-0.69=3.03mm＜L0/200=5200/200=26mm（L0＜7m），滿足要求。

⑶樓梯裂縫觀測結(jié)果

試驗(yàn)在加載過程中，在跨中及四分之一跨處梯板底出現(xiàn)了微裂縫，第一級(jí)荷載加載后出現(xiàn)1～3號(hào)裂縫，第二級(jí)加載后出現(xiàn)4號(hào)和5號(hào)裂縫，第三級(jí)加載后1～5號(hào)裂縫寬度稍有加寬，范圍在0.08～0.20mm之間，裂縫編號(hào)詳見圖4。即該樓梯達(dá)到正常使用極限狀態(tài)試驗(yàn)荷載時(shí)，最大裂縫寬度未超過GB50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的0.30mm最大裂縫寬度限值，滿足要求。

表4　撓度計(jì)算

圖4　試驗(yàn)梯板裂縫位置及編號(hào)示意圖

4.2 承載能力極限狀態(tài)

試驗(yàn)加載達(dá)到承載能力極限狀態(tài)試驗(yàn)荷載時(shí)，未出現(xiàn)GB50152-2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》表7.3.3中所描述的承載力標(biāo)志，因此，評定該樓梯構(gòu)件滿足承載力要求。

5　結(jié)論

通過對上述樓梯靜載試驗(yàn)結(jié)果綜合分析，得出如下結(jié)論：

⑴該樓梯在試驗(yàn)荷載3.5kN/m2作用下，撓度和裂縫符合規(guī)范要求，滿足正常使用極限狀態(tài)的要求；

⑵該樓梯在最大試驗(yàn)荷載9.0kN/m2作用下，未出現(xiàn)承載力標(biāo)志，滿足承載能力極限狀態(tài)的要求。

［1］GB50204-2015混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［2］GB50152-2012混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］GB50010-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.