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）

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(huì)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(shí)應(yīng)對(duì)現(xiàn)澆板及時(shí)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(duì)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(píng)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　原位加載試驗(yàn)的研究

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(píng)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(píng)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(shí)，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(duì)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(shí)，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(jí)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　原位加載試驗(yàn)

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(jí)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(duì)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(duì)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(píng)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(duì)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(jí)加載的方式，當(dāng)出現(xiàn)下列標(biāo)志之一時(shí)，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(shí)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(gè)測點(diǎn)，共9個(gè)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(jí)加載

本次原位加載試驗(yàn)采用14級(jí)加載，第1級(jí)加載為承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值的75%，第2級(jí)加載為承載能力極限狀態(tài)荷載設(shè)計(jì)值，從第3級(jí)加載開始，每級(jí)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(jí)持荷時(shí)間為15min。

2．4．4分級(jí)卸載

每級(jí)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(jí)加載下各測點(diǎn)撓度

圖3　7.5m跨方向第14級(jí)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(hào)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(duì)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(hào)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(hào)測點(diǎn)各加載級(jí)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。

3　結(jié)語

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(duì)的是結(jié)構(gòu)中具體的構(gòu)件，為了避免對(duì)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(shí)，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(duì)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．

［2］混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2010）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［3］建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范（GB50009-2012）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［2］徐天爽，劉剛，徐有鄰．結(jié)構(gòu)原位加載試驗(yàn)的基本原則［J］．工程質(zhì)量a版，2012，30（10）：55-61．

［5］南建林，劉剛，徐有鄰．結(jié)構(gòu)原位加載試驗(yàn)研究［J］．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2014，35（2）：52-58．

［6］楊建，顧許亮，潘佳俊，李志勇．不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原位加載試驗(yàn)規(guī)定的差異［J］．工程質(zhì)量，2015，33（5）：65-68．

TU755.7