室內(nèi)公交車(chē)道結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)研究與損傷分析

汪秀石， 伍 敏， 杜明淮， 曾 勇,3

(1.安徽建大控股集團(tuán)有限公司工程測(cè)試與鑒定研究院，安徽 合肥 230051；2.安徽省建院工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，安徽 合肥 230601；3.合肥工大工程試驗(yàn)檢測(cè)有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230009)

0 引 言

城市高鐵站伴隨商業(yè)綜合體共同規(guī)劃建設(shè)，并與客運(yùn)交通中心樞紐形成轉(zhuǎn)運(yùn)樞紐功能，形成高鐵、地鐵、公交車(chē)、小型客車(chē)等綜合立體運(yùn)輸功能。其中公交車(chē)因體積較大且需穿過(guò)商業(yè)綜合體內(nèi)部，因此科學(xué)合理地綜合設(shè)計(jì)規(guī)劃商業(yè)功能與交通車(chē)道尤為重要，否則將對(duì)長(zhǎng)期車(chē)輛通行中的結(jié)構(gòu)使用安全造成重大影響。

本文以合肥南站商業(yè)綜合體內(nèi)部一公交車(chē)道為例，對(duì)既有損傷車(chē)道結(jié)構(gòu)，采用荷載試驗(yàn)方法[1]，檢驗(yàn)車(chē)道損傷主體結(jié)構(gòu)承載能力，評(píng)估結(jié)構(gòu)可靠性，并分析結(jié)構(gòu)損傷機(jī)制與承載能力關(guān)聯(lián)性，為結(jié)構(gòu)損傷修復(fù)提供試驗(yàn)依據(jù)，并為類似高鐵站交通轉(zhuǎn)運(yùn)通道結(jié)構(gòu)安全維護(hù)提供技術(shù)參考。

1 室內(nèi)公交車(chē)道概況

該公交車(chē)道由西向東進(jìn)入商業(yè)綜合體室內(nèi)車(chē)道，西邊入口標(biāo)高-1.178 m，東側(cè)出口標(biāo)高-7.000 m，經(jīng)過(guò)該段公交坡道，進(jìn)入L形水平公交車(chē)道。

室內(nèi)結(jié)構(gòu)為三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中公交車(chē)道從二層通過(guò)，除公交坡道和水平L形公交車(chē)道外，其他區(qū)域使用功能均為停車(chē)場(chǎng)。公交車(chē)道恒荷載設(shè)計(jì)值：7.0 kN/m2(考慮樓板自重、面層、抹灰、吊掛等)；活荷載設(shè)計(jì)值：板11.62 kN/m2；次梁9.30 kN/m2；主梁6.97 kN/m2；柱5.81 kN/m2[2]。

公交車(chē)道自2015年投入使用，使用過(guò)程中，車(chē)道面層局部逐漸出現(xiàn)大面積損傷、碎裂，并深入破壞至結(jié)構(gòu)層表面，車(chē)道主體結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆板構(gòu)件底面存在滲漏現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，梁、板構(gòu)件普遍存在裂縫。

2 試驗(yàn)荷載計(jì)算

2.1 試驗(yàn)對(duì)象和測(cè)控參數(shù)

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)條件，采用模擬現(xiàn)澆板活荷載作用組合，選取公交車(chē)道面層和結(jié)構(gòu)層梁、板損傷嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行荷載試驗(yàn)。

試驗(yàn)測(cè)控參數(shù)為在承載力極限狀態(tài)荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力(應(yīng)變)、撓度和裂縫[3]。

2.2 檢驗(yàn)荷載取值計(jì)算

本次試驗(yàn)荷載設(shè)計(jì)值由設(shè)計(jì)單位提供，板面活荷載設(shè)計(jì)值為11.62 kN/m2。荷載試驗(yàn)應(yīng)避免超出結(jié)構(gòu)的承載能力，以免給結(jié)構(gòu)帶來(lái)?yè)p傷，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量控制要求[4,5]。本次試驗(yàn)承載力檢驗(yàn)系數(shù)取0.9，試驗(yàn)荷載計(jì)算如下：

試驗(yàn)荷載=(可變荷載+永久荷載)×結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)系數(shù)；

試驗(yàn)實(shí)際堆載面荷載=(11.62+7.0)×0.9-7.0=9.758 kN/m2。

其中永久荷載(考慮樓板自重、面層、抹灰、吊掛等)，考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件已存在損傷，為保證試驗(yàn)安全，直接扣除7.0 kN/m2恒荷載設(shè)計(jì)值。

試驗(yàn)加載重量W1計(jì)算過(guò)程如下：

荷載檢驗(yàn)值Q=9.758 kN/m2，單塊樓板長(zhǎng)度a1=8.4 m，樓板寬度b1=8.4 m；

W1=9.758 kN/m2×8.4 m×8.4 m=688.52 kN。

為方便試驗(yàn)加載計(jì)算，荷載取值690 kN。

本次荷載試驗(yàn)加載方法采用配重水袋中注/放水的方式進(jìn)行加/卸載。根據(jù)加載制度將最大試驗(yàn)荷載分為5級(jí)進(jìn)行加載，最后一級(jí)荷載增量不超過(guò)最大試驗(yàn)荷載的10%，每級(jí)荷載保持時(shí)間為10～15 min，達(dá)到最大試驗(yàn)荷載后，保持荷載30 min，卸載分2級(jí)，全部荷載卸除后45 min，觀測(cè)結(jié)構(gòu)最大反應(yīng)測(cè)點(diǎn)的殘余變形。

3 荷載試驗(yàn)結(jié)果

3.1 撓度測(cè)試結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)選擇構(gòu)件區(qū)域，測(cè)控?fù)隙赛c(diǎn)位位于梁跨中和梁支座處，其中支座處測(cè)控點(diǎn)位為測(cè)控?cái)?shù)據(jù)修正使用，撓度實(shí)測(cè)值見(jiàn)表1。

表1 1#、2#測(cè)控點(diǎn)位跨中撓度實(shí)測(cè)值

對(duì)表1中撓度實(shí)測(cè)值采用支座位移實(shí)測(cè)值進(jìn)行修正，修正結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 實(shí)測(cè)撓度修正值、撓度殘余變形

由表2可知，頂梁跨中撓度修正值分別為13.38 mm、16.01 mm，均未超過(guò)受彎構(gòu)件撓度限值l0/250=8 000 mm/250=32 mm[4]。

其中，l0=lc-B=8 400 mm-400 mm=8 000 mm;l0為計(jì)算跨度，mm；lc為支座中心間距離，mm；B為支座寬度，mm。

經(jīng)修正后的荷載-撓度關(guān)系曲線如圖1所示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程觀測(cè)，未發(fā)現(xiàn)有新增受力裂縫，結(jié)構(gòu)構(gòu)件原有裂縫寬度與深度未變寬或加深。

圖1 荷載-撓度關(guān)系曲線

3.2 應(yīng)變測(cè)試結(jié)果

測(cè)控應(yīng)變點(diǎn)位位于梁跨中下邊緣受拉區(qū)，各測(cè)控點(diǎn)位應(yīng)變見(jiàn)表3，應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論彈性應(yīng)變限值對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 試驗(yàn)應(yīng)變實(shí)測(cè)結(jié)果

表4 應(yīng)變實(shí)測(cè)值與理論應(yīng)變值對(duì)比結(jié)果

根據(jù)上述荷載-撓度關(guān)系曲線和應(yīng)變測(cè)試結(jié)果，加載結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度、應(yīng)變均未超過(guò)理論限值，荷載試驗(yàn)結(jié)果表明，加載構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)。

4 結(jié)構(gòu)損傷分析

基于常規(guī)結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果，該建筑物和與公交車(chē)道相關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)構(gòu)件混凝土強(qiáng)度、鋼筋配置、構(gòu)件尺寸等均滿足設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場(chǎng)公交車(chē)道面層和結(jié)構(gòu)構(gòu)件開(kāi)裂特征如下：

(1) 公交車(chē)道面層以公交坡道下坡處東側(cè)出口處和L形公交車(chē)道拐彎處損傷嚴(yán)重。

(2) 現(xiàn)澆板裂縫延展方向?yàn)檐?chē)輛行駛方向，每塊板有多條平行裂縫，且多處已存在滲漏痕跡。

(3) 垂直于車(chē)輛行駛方向，部分框架梁存在正截面彎曲裂縫和斜截面剪切裂縫。

(4) L形公交車(chē)道轉(zhuǎn)彎處現(xiàn)澆板裂縫呈現(xiàn)不規(guī)則變化規(guī)律。

根據(jù)上述荷載試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)車(chē)道面層和結(jié)構(gòu)構(gòu)件開(kāi)裂特征，可判斷結(jié)構(gòu)損傷與結(jié)構(gòu)靜力荷載承載能力無(wú)關(guān)，而與車(chē)

輛荷載動(dòng)力作用存在關(guān)聯(lián)性，因此需進(jìn)一步采用振動(dòng)測(cè)試方法研究結(jié)構(gòu)在車(chē)輛荷載作用下，結(jié)構(gòu)振動(dòng)特征，以確定結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷的作用機(jī)制。

5 結(jié) 論

本文選取受損較嚴(yán)重區(qū)域構(gòu)件進(jìn)行荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件撓度、應(yīng)變均滿足理論限值要求，結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，公交車(chē)道結(jié)構(gòu)滿足靜力荷載承載力要求；同時(shí)，基于常規(guī)檢測(cè)結(jié)果和結(jié)構(gòu)損傷特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)損傷與車(chē)輛通行荷載動(dòng)力作用存在關(guān)聯(lián)性。該試驗(yàn)可為同類工程問(wèn)題的分析提供參考。