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，常常會出現(xiàn)蜂窩、麻面、裂縫等質量缺陷，這些缺陷輕則影響房屋的美觀性，重則影響房屋結構的承載能力。當出現(xiàn)影響結構承載能力的質量缺陷時應對現(xiàn)澆板及時進行加固處理，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。主要對原位加載試驗來檢驗加固后現(xiàn)澆混凝土樓板的承載能力進行研究，并用某商務大廈現(xiàn)澆樓板原位加載試驗實例，通過原位加載試驗數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)進行比較，來評價該現(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　原位加載試驗的研究

1．1概述

原位加載試驗是目前常用的一種檢驗現(xiàn)澆板承載能力的方法，具有可操作性強、加載量大、目的性強等特點，通過不同加載量下結構的位移、裂縫、應變等參數(shù)來檢驗結構或構件的承載能力。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，在實際中應根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用合適的加載方式。

1．2原位加載試驗的分類

1．2．1使用狀態(tài)試驗

根據(jù)正常使用極限狀態(tài)的檢驗項目驗證或評估結構的使用功能。

1．2．2承載力試驗

根據(jù)承載能力極限狀態(tài)的檢驗項目驗證或評估結構的承載能力。

1．3原位加載試驗的最大加載限值

1．3．1使用狀態(tài)試驗

僅檢驗構件在正常使用極限狀態(tài)下的撓度、裂縫寬度時，試驗的最大加載限值宜取正常使用狀態(tài)試驗荷載值，對鋼筋混凝土結構構件取荷載的準永久組合。

正常使用極限狀態(tài)荷載設計值表達式：Sd=SG+ ψqSQ

1．3．2承載力試驗

當檢驗構件承載力時，試驗的最大加載限值宜取承載力狀態(tài)荷載設計值與結構重要性系數(shù)r0乘積的1.60倍。

承載能力極限狀態(tài)荷載設計值表達式：Sd= rGSG+rQSQ

式中：Sd——荷載組合設計值

SG——恒載標準值

SQ——活載標準值

ψq——活載準永久值系數(shù)

rG——恒載分項系數(shù)

rQ——活載分項系數(shù)

1．4原位加載試驗的分析判斷

原位加載試驗的最大難點是必須進行現(xiàn)場試驗的分析和判斷，一些主要的檢驗結論應在試驗現(xiàn)場確定，加載過程中試驗現(xiàn)象的觀察、分析和判斷就顯得十分重要。因此，應當在試驗前制定詳細的加載方案，明確各級臨界荷載值以及相應的承載力標志，現(xiàn)場試驗按照制定的方案進行，在試驗結束就能得出準確的結論。

2　原位加載試驗

2．1工程概況

蘭州市某商務大廈為地上26層的框架-剪力墻結構，樓蓋為現(xiàn)澆混凝土樓蓋。該商務大廈第14層6～8/J～M軸線房間因業(yè)務需要將其改為檔案庫使用，根據(jù)該商務大廈設計圖紙，原設計樓面活荷載標準值為2.0kN/m2，樓板厚度為120mm，梁、板、柱混凝土強度等級均為C40，改為檔案庫后樓面活荷載標準值為5.0kN/m2。為滿足要求，對其進行加固，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。為檢驗該現(xiàn)澆混凝土樓板承載能力是否滿足要求，對其進行原位加載試驗。通過原位加載試驗過程中現(xiàn)澆板的撓度和裂縫發(fā)展情況以及試驗數(shù)據(jù)與理論計算數(shù)據(jù)進行比較，來評價該現(xiàn)澆板的承載能力和加固效果。

2．2試驗荷載

根據(jù)《混凝土結構試驗方法標準》的規(guī)定，為檢驗該現(xiàn)澆樓板承載力，試驗的最大加載值取承載力狀態(tài)荷載設計值與結構重要性系數(shù)r0乘積的1.60倍。

對于本原位加載試驗，恒載標準值SG取為裝修恒荷載1.25kN/m2，活載標準值SQ為5.0kN/m2，恒載分項系數(shù)rG為1.2，活載分項系數(shù)rQ為1.4，結構重要性系數(shù)r0為1.0。

承載能力極限狀態(tài)荷載設計值：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承載能力標志及加固效果的判斷

原位加載試驗采用分級加載的方式，當出現(xiàn)下列標志之一時，即應判斷該樓板已達到了承載能力極限狀態(tài)：彎曲撓度達到跨度的1/50或懸臂長度的1/25；受拉主筋處裂縫寬度達到1.50mm或鋼筋應變達到0.01；構件的受拉主筋斷裂；彎曲受壓區(qū)混凝土受壓開裂、破碎。達到總加載量816kN時若未出現(xiàn)上述標志，可認為該樓板滿足承載能力極限狀態(tài)的要求。

在試驗荷載作用下，該樓板的實測撓度小于《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2010規(guī)定的撓度允許值，可認為該樓板能滿足正常使用的要求。

在試驗荷載作用下，該樓板的實測撓度小于計算撓度，可認為該樓板加固效果良好。

2．4試驗過程

2．4．1加載方法

原位加載試驗應根據(jù)結構特點和現(xiàn)場條件選擇合適的加載方法，考慮到現(xiàn)場實際條件，本次采用堆載袋裝水泥的方法進行，袋裝水泥每袋重50kg。

2．4．2測點布置

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個測點，共9個測點，采用精度為0.01mm、量程為50mm的百分表進行撓度測量，測點布置示意圖如圖1所示。

圖1　測點布置圖（單位：mm）

2．4．3分級加載

本次原位加載試驗采用14級加載，第1級加載為承載能力極限狀態(tài)荷載設計值的75%，第2級加載為承載能力極限狀態(tài)荷載設計值，從第3級加載開始，每級增加承載能力極限狀態(tài)荷載設計值的5%，直至承載能力極限狀態(tài)荷載設計值的1.6倍為止，各級持荷時間為15min。

2．4．4分級卸載

每級卸載值為承載能力極限狀態(tài)荷載設計值的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試驗結果及分析

最大加載量下各測點的實測撓度：根據(jù)百分表測量的各測點的撓度如圖2、圖3所示。

圖2　8m跨方向第14級加載下各測點撓度

圖3　7.5m跨方向第14級加載下各測點撓度

從圖2、圖3可以看出：在最大加載量下該樓板跨中（3號測點）的撓度最大，為8.75mm。

最大加載量下該樓板未出現(xiàn)承載能力標志，可認為該樓板滿足承載能力極限狀態(tài)的要求。

在試驗荷載作用下，該樓板的實測撓度小于《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定的撓度允許值l0/250（l0為構件的計算跨度），可認為該樓板能滿足正常使用的要求。

理論計算撓度：采用盈建科結構設計軟件對該樓板進行有限元計算，在最大荷載作用下，其最大計算撓度（跨中3號測點）為12.49mm，實測撓度和理論計算撓度與荷載的關系如圖4所示。

圖4　跨中3號測點各加載級下實測撓度與計算撓度

從圖4可以看出：在試驗荷載作用下，該樓板的實測撓度小于計算撓度，可認為該樓板加固效果良好。

3　結語

原位加載試驗是混凝土結構中最常用的試驗方法，針對的是結構中具體的構件，為了避免對構件進行破壞性試驗，要根據(jù)試驗目的謹慎選擇最大試驗荷載。由于原位加載試驗受諸多因素的干擾，如試驗條件、試驗荷載、混凝土強度等的影響，在進行原位加載試驗時，要根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合理且更符合構件受力狀態(tài)的加載方法，規(guī)范試驗過程，對試驗結果進行綜合分析，這樣才能正確的判斷結構或構件的承載能力等性能。

［1］混凝土結構試驗方法標準（GB/T50152-2012）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012．

［2］混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2010）［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

［3］建筑結構規(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．結構原位加載試驗的基本原則［J］．工程質量a版，2012，30（10）：55-61．

［5］南建林，劉剛，徐有鄰．結構原位加載試驗研究［J］．建筑結構學報，2014，35（2）：52-58．

［6］楊建，顧許亮，潘佳俊，李志勇．不同標準對原位加載試驗規(guī)定的差異［J］．工程質量，2015，33（5）：65-68．

TU755.7