某辦公樓樓板裂縫檢測(cè)與靜載試驗(yàn)

劉文曉 李淼 張亞賓

（1包頭鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014060；2內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730050）

1 工程概況

某辦公樓為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，該建筑長(zhǎng)43m,寬25.2m,地下3層，地上18層，11層柱軸網(wǎng)布置見圖1。該建筑在施工過(guò)程中，11層21-23/Q-S軸樓板板底出現(xiàn)大量裂縫，裂縫分布見圖2，且板底下?lián)厦黠@。

圖1 11層柱軸網(wǎng)布置圖

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

本文通過(guò)對(duì)該處樓板進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，預(yù)計(jì)得到如下結(jié)果：

1）對(duì)樓板的使用性能進(jìn)行檢驗(yàn)，以證實(shí)結(jié)構(gòu)在規(guī)定荷載的作用下不出現(xiàn)過(guò)大的變形和損傷，滿足正常使用要求；

2）掌握樓板在檢驗(yàn)荷載作用下，荷載-變形的曲線關(guān)系和結(jié)構(gòu)最大變形值；

3）掌握樓板在檢驗(yàn)荷載作用下，樓板混凝土應(yīng)變值；

4）掌握樓板在檢驗(yàn)荷載作用下，卸載后殘余變形值。

圖2 板底裂縫分布及寬度示意圖

3 加載制度及測(cè)點(diǎn)布置

樓板試驗(yàn)荷載確定及加載制度如下。

3.1 荷載大小

根據(jù)規(guī)范[1]規(guī)定，本次試驗(yàn)最大加載限值取荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合，即按下式計(jì)算：

最大加載限值=非結(jié)構(gòu)恒載+樓面活載

本次試驗(yàn)樓板非結(jié)構(gòu)層恒載取4.0kN/m2；根據(jù)規(guī)范[2]規(guī)定，樓面活荷載取2.0kN/m2。

根據(jù)計(jì)算，樓板最大加載限值為6.0kN/m2。

3.2 加載方式

考慮加、卸荷載方便及荷載的均勻性，本次試驗(yàn)加載方式采用水重物加載，即在樓面四周支鋼模板，樓面鋪設(shè)塑料布后注水加載。由于樓板存在初始撓度，應(yīng)在樓板面層鋪設(shè)細(xì)砂進(jìn)行找平。

3.3 加載制度

根據(jù)規(guī)范[1]規(guī)定，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本次試驗(yàn)采用分級(jí)加載，具體見表1。每級(jí)加載間隔20min,可控制加載速度，為讀取試驗(yàn)數(shù)據(jù)提供時(shí)間；亦可觀察樓板撓度、應(yīng)變變化情況。

表1 試驗(yàn)加卸載制度

3.4 測(cè)點(diǎn)布置

①撓度測(cè)點(diǎn)布置

此次靜載試驗(yàn)采用百分表進(jìn)行撓度數(shù)據(jù)采集，樓板長(zhǎng)向與短向均布置5個(gè)撓度測(cè)點(diǎn)，共9個(gè)測(cè)點(diǎn)，具體測(cè)點(diǎn)分布及編號(hào)見圖3。

②應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

此次靜載試驗(yàn)采用電阻應(yīng)變片量測(cè)樓板混凝土應(yīng)變，樓面四周支座處各布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)，板底短向布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，長(zhǎng)向布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，共10個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)具體分布及編號(hào)見圖4、圖5。

圖3 撓度測(cè)點(diǎn)布置

圖4 樓面支座處應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

圖5 樓板底部應(yīng)變測(cè)點(diǎn)布置

4 測(cè)讀及記錄方法

本試驗(yàn)采用數(shù)字百分表、電阻應(yīng)變片、靜態(tài)電阻應(yīng)變數(shù)據(jù)采集儀對(duì)樓板撓度與樓板混凝土的微應(yīng)變進(jìn)行量測(cè)、采集、記錄并儲(chǔ)存。

5 試驗(yàn)步驟

本次試驗(yàn)試驗(yàn)步驟如下：

1）安裝儀器，布置測(cè)點(diǎn)；

2）運(yùn)用應(yīng)變片與數(shù)據(jù)采集儀，檢查通道是否通暢，并將應(yīng)變片與各通道相對(duì)應(yīng)；

3）按照加載制度進(jìn)行預(yù)加載，檢查儀器設(shè)備是否正常工作；

4）按照加載制度進(jìn)行正式加載，百分表讀數(shù)由人工進(jìn)行記錄，應(yīng)變由數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行記錄；

5）按照卸載制度進(jìn)行卸載，并對(duì)百分表讀數(shù)進(jìn)行記錄；

6）清理現(xiàn)場(chǎng)。

6 試驗(yàn)結(jié)束條件

按上述加載制度加載至最大荷載限值前，若出現(xiàn)以下情況，應(yīng)立即停止加載，并調(diào)整試驗(yàn)加載制度[3，5-6]：

1）板底裂縫迅速發(fā)展，且不收斂；

2）變形、應(yīng)變值急劇增大。

7 試驗(yàn)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)11層21-23/Q-S軸處樓板進(jìn)行了靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程見圖6、圖7。

圖6 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)布置

圖7 樓板加載

試驗(yàn)結(jié)果如下所述。

7.1 樓板撓度測(cè)量結(jié)果

撓度檢驗(yàn)按下式進(jìn)行：

式中：αs0為使用狀態(tài)試驗(yàn)荷載值作用下，樓板撓度檢驗(yàn)實(shí)測(cè)值；[αs]為撓度檢測(cè)允許值；[αf]為樓板撓度設(shè)計(jì)限值，根據(jù)規(guī)范[3]表3.4.3 規(guī)定，短向取l0/200，長(zhǎng)向取l0/250，l0為板的計(jì)算跨度，此處分別取樓板短向與長(zhǎng)向凈跨；θ為考慮荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合對(duì)撓度增大的影響系數(shù)，根據(jù)規(guī)范[4]7.2.5條規(guī)定，取2.0。

各加、卸載階段百分表實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表2、表3。

結(jié)合表2、表3，可以得到各階段樓板的殘余變形，具體見表4。

結(jié)合表2，可得到在荷載作用下測(cè)點(diǎn)最終撓度值，具體見表5。

由表4和表5可知，部分測(cè)點(diǎn)的卸載后最終殘余變形已超過(guò)了所記錄到該測(cè)點(diǎn)最大變形的20%。說(shuō)明在加載過(guò)程中，樓板已進(jìn)入彈塑性階段。各加載階段，不同測(cè)點(diǎn)撓度隨荷載變化規(guī)律見圖8所示。

表2 各加載階段百分表實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（mm)

表3 各卸載階段百分表實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（mm)

表4 測(cè)點(diǎn)各卸載階段殘余變形實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（mm)

表5 測(cè)點(diǎn)最終撓度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（mm)

7.2 樓板應(yīng)變測(cè)量結(jié)果

布置在樓板板底各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變實(shí)測(cè)結(jié)果具有如下特點(diǎn)：

1）樓板板底對(duì)稱位置應(yīng)變基本相同，符合樓板應(yīng)變分布特征；

圖8 荷載-位移增量圖

2）跨中測(cè)點(diǎn)應(yīng)變最大，表明該測(cè)點(diǎn)應(yīng)力最大，符合樓板應(yīng)力分布特征；

3）樓板短向應(yīng)變大于長(zhǎng)向應(yīng)變，表明短向應(yīng)力較大，符合雙向板應(yīng)力分布特征；

4）在加載過(guò)程中，荷載-應(yīng)變關(guān)系呈非線性變化，支座處測(cè)點(diǎn)應(yīng)變超過(guò)混凝土的極限應(yīng)變，說(shuō)明加載過(guò)程中，樓板處于塑性變形階段。

7.3 樓板板底裂縫測(cè)量結(jié)果

裂縫寬度檢驗(yàn)按下式進(jìn)行：

在加載過(guò)程中，樓板底部隨著荷載增加出現(xiàn)裂縫，除板底原有裂縫外，新增裂縫主要沿對(duì)角線方向發(fā)展，符合雙向板受力特征。由于現(xiàn)場(chǎng)條件所限，無(wú)法對(duì)裂縫的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。樓板卸載后對(duì)樓板裂縫的分布及寬度進(jìn)行測(cè)量，樓板裂縫分布及寬度測(cè)量結(jié)果見圖2所示。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，多數(shù)裂縫寬度為0.50mm左右，已超過(guò)規(guī)范要求的限值。

8 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求及現(xiàn)場(chǎng)靜力加載試驗(yàn)結(jié)果，得到如下結(jié)論：

1）在加載過(guò)程中，荷載-應(yīng)變關(guān)系呈非線性變化，支座處測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變已超過(guò)混凝土極限拉應(yīng)變的限值，說(shuō)明加載過(guò)程中樓板處于塑性變形階段。

2）該樓板的初始撓度為83mm,在最大荷載作用下實(shí)測(cè)跨中最大變形為23.70mm,卸載后殘余變形超過(guò)最大變形的20%，說(shuō)明在加載過(guò)程中樓板處于彈塑性階段。

3）在加載過(guò)程中，新增裂縫的主要走向是沿樓板的對(duì)角線方向，符合樓板受力特性，大多數(shù)裂縫寬度在0.5mm左右，已超過(guò)規(guī)范允許限值。

綜上所述，該樓板已進(jìn)入彈塑性階段，樓板混凝土已破壞，建議對(duì)樓板進(jìn)行加固處理。