某無梁樓蓋樓板加固前、后原位荷載試驗(yàn)研究

袁哲峰,郭小飛,牛方義,石 光,程巖雷

(1.中國建筑科學(xué)研究院有限公司,北京 100013;2.建研院檢測中心有限公司,北京 100013;3.北京建設(shè)工程質(zhì)量第三檢測所有限責(zé)任公司,北京 100037)

1 工程概況

某樓建筑主體為框架結(jié)構(gòu),地下三層,地上十八層,約建成于1997年。該樓擬改變?nèi)龑泳植繀^(qū)域的使用功能,并將原結(jié)構(gòu)樓面活荷載由4.0 kN/m2增加至5.5 kN/m2;三層改造區(qū)域樓蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土無梁樓蓋,板為預(yù)應(yīng)力筋大板。由于新增荷載較大,擬對三層主體結(jié)構(gòu)采用梁頂、板頂粘貼碳纖維布的方式進(jìn)行加固處理。為了解改造區(qū)域樓板加固前、后的安全性,對改造區(qū)域內(nèi)樓板加固前、后分別進(jìn)行了原位荷載試驗(yàn);原位荷載試驗(yàn)結(jié)果可為樓板的狀態(tài)評定提供直接和可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并期望能為類似工程提供參考。該樓三層改造區(qū)域結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖1。

2 承載力驗(yàn)算

采用中國建筑科學(xué)研究院有限公司編制的PKPM分別對該樓三層改造區(qū)域加固前、后的樓板進(jìn)行承載力計(jì)算,根據(jù)結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)圖紙對結(jié)構(gòu)施加荷載。該項(xiàng)目承載力驗(yàn)算不考慮地震作用,僅考慮豎向荷載作用。

2.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

1)豎向荷載:三層改造區(qū)域豎向活荷載取值為5.5 kN/m2(原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4.0 kN/m2);樓面裝修做法恒載按照后續(xù)使用要求取值。

2)混凝土強(qiáng)度取值按現(xiàn)場檢測結(jié)果及原結(jié)構(gòu)竣工圖紙取值;鋼筋取值與原結(jié)構(gòu)竣工圖紙一致。

3)碳纖維布等加固材料強(qiáng)度按照加固設(shè)計(jì)圖紙取值。

2.2 豎向荷載下承載力驗(yàn)算結(jié)果

樓板配筋面積計(jì)算結(jié)果見圖2～圖5,圖中各數(shù)值含義如下:

加固前、后樓板承載力結(jié)果如下:

1)加固前樓板承載力驗(yàn)算結(jié)果:三層改造區(qū)域部分樓板上鐵配筋面積偏少,承載力不滿足規(guī)范[1]要求,需要對承載力不滿足規(guī)范要求的樓板進(jìn)行加固。2)加固后樓板承載力驗(yàn)算結(jié)果:考慮梁頂、板頂粘貼碳纖維布后,三層改造區(qū)域加固后樓板承載力均滿足規(guī)范[1]的要求。

3 樓板靜力荷載試驗(yàn)

3.1 荷載試驗(yàn)方案

根據(jù)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙得知,主樓三層改造區(qū)域原樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4.0 kN/m2。由該工程加固設(shè)計(jì)圖紙知改造后該區(qū)域的樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值增加至5.5 kN/m2。

根據(jù)委托方需求,選取三層底板2-3～A-B,分別進(jìn)行加固前和加固后的樓板靜力荷載試驗(yàn)。該樓板加固前、后荷載試驗(yàn)按照《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50152—2012)[2]和《建筑結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50344—2019)[3]的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

根據(jù)現(xiàn)場檢測條件,在三層底板2-3～A-B底面布置5個(gè)測點(diǎn)架設(shè)百分表測試撓度變形,測點(diǎn)布置示意圖見圖6。

結(jié)合工地現(xiàn)場實(shí)際情況,現(xiàn)場不便運(yùn)輸沙袋或其他堆載;且該樓三層以下各層仍處于運(yùn)營狀態(tài),嚴(yán)格禁止?jié)B水/漏水情況發(fā)生,傳統(tǒng)蓄水均布加載的方法也不可行。基于以上情況,采用大型戶外可移動游泳池進(jìn)行等效加載。等效加載原則如下:樓面的等效均布活荷載,應(yīng)在其設(shè)計(jì)控制部位上,根據(jù)需要按內(nèi)力、變形及裂縫的等值要求來確定;在一般情況下按內(nèi)力的等值來確定[4]。

基于上述原因,加載方案確定為:1)加固前樓板靜力荷載試驗(yàn)采用蓄水的方式進(jìn)行等效加載,現(xiàn)場荷載試驗(yàn)布置照片如圖7所示;2)加固后樓板靜力荷載試驗(yàn)采用蓄水結(jié)合局部堆載沙袋的方式進(jìn)行等效加載,現(xiàn)場荷載試驗(yàn)布置照片如圖8所示。加載采用分級加載的方式,卸載亦采用分級卸載;具體加載和卸載程序如下:

1)加載程序

(1)加固前樓板荷載試驗(yàn)加載程序:共分五級進(jìn)行加載。一～四級加載量均為總加載量的2/9;每級加載完成后均持荷10 min以上,進(jìn)行撓度及裂縫觀測。五級加載量為總加載量的1/9,持荷30 min以上,進(jìn)行撓度及裂縫觀測。加載總質(zhì)量約為21.71 t,等效為均布荷載為4.0 kN/m2。

(2)加固后樓板荷載試驗(yàn)加載程序:共分六級進(jìn)行加載。一～五級加載量均為總加載量的1/6;每級加載完成后均持荷10 min以上,進(jìn)行撓度及裂縫觀測。六級加載量為總加載量的1/6,持荷30 min以上,進(jìn)行撓度及裂縫觀測。加載總質(zhì)量約為29.12 t,等效為均布荷載為5.5 kN/m2。

2)卸載程序

(1)一、二級卸載量均為總加載量的1/3,持荷10 min以上,進(jìn)行撓度及裂縫觀測。

(2)三級卸載量為總加載量的1/3,持荷60 min以上,進(jìn)行撓度及裂縫觀測。

3.2 樓板靜載試驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 加固前樓板荷載試驗(yàn)

根據(jù)樓板靜力荷載試驗(yàn)方案,對三層底板2-3～A-B進(jìn)行加固前的靜載試驗(yàn),具體試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 加固前樓板加/卸載撓度值 /mm

根據(jù)表1可知,第五級加載持荷30 min后,測點(diǎn)5#最大位移為1.34 mm,撓度值為L0/5 373,未超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015年版)[1]對正常使用極限狀態(tài)下的撓度限值;殘余變形為0.18 mm。加/卸載過程中未發(fā)現(xiàn)樓板底部出現(xiàn)明顯可視裂縫。

3.2.2 加固后樓板荷載試驗(yàn)

根據(jù)樓板靜力荷載試驗(yàn)方案,對三層底板2-3～A-B進(jìn)行加固后的靜載試驗(yàn),具體試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 加固后樓板加/卸載撓度值 /mm

根據(jù)表2可知,第六級加載持荷30 min后,測點(diǎn)5#最大位移為1.50 mm,撓度值為L0/4 800,未超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015年版)[1]對正常使用極限狀態(tài)下的撓度限值;殘余變形為0.21 mm。加/卸載過程中未發(fā)現(xiàn)樓板底部出現(xiàn)明顯可視裂縫。

4 結(jié) 論

a.該樓板在加固前、后相應(yīng)加載荷載下均未超過《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)(2015年版)對正常使用極限狀態(tài)下的撓度限值。

b.該樓板在加固前、后相應(yīng)加載荷載下的荷載撓度曲線基本呈線性變化,且殘余變形很小,說明樓板均處于彈性變形狀態(tài)。

c.樓板加固處理后,提高了樓板的承載能力。