現澆混凝土樓板荷載試驗探究

李玉峰

（貴州中建建筑科研設計院有限公司，貴州貴陽 550006）

0 前言

在混凝土的框架結構內，樓板是重要的受力構件部分，若其結構一旦出現貫通的裂縫情況，勢必對結構的安全使用造成威脅，則對樓板實施安全性的檢測至關重要。荷載試驗是對混凝土樓板的結構安全性能檢驗的重要手段，本文就以某工程為例，對其混凝土樓板開展荷載試驗，對其安全性能實施分析和評估，來對此試驗手段的應用分析實現深入的認識與了解。

1 工程概況

在某廠房的項目中，建筑的面積約有120 萬m2，它是由一系列的標準化廠房群共同組成，其廠房的結構形式是地上的3~4層是混凝土的框架結構類型，其樓屋面板是混凝土的現澆板，對基礎采取人工挖孔的灌注樁，要求抗震等級是四級，結構的安全等級是二級，使用年限設計是50 年[1]。

在項目的施工期間，發現一些樓板存在開裂的現象，為保證樓板對正常使用的極限狀態下的要求滿足，要對其中的3 塊樓板在現場實施荷載試驗的開展。所檢查的3 塊樓板中，分為2號、12 號、13 號的廠房其標高5.98m 處樓板，這3 塊樓板設計板都是12cm 的厚度，它們平面都是9m×9m 的尺寸，板下位置主梁的截面是 300mm×800mm 的尺寸，次梁的截面是 250mm×550mm、250mm×600mm 的尺寸，次梁的軸線間距是 3m，且梁、板和柱的混凝士強度等級設計都是C40，其樓板活荷載的標準值是10kN/m2，且準永久值的系數是0.5。

2 荷載試驗

2.1 荷載的取值

按照對混凝土的結構設計相關規范要求，對混凝土的受彎構件其正常使用的極限狀態中荷載試驗選擇準永久的組合，此次外加的試驗荷載值通過計算為6.5kN/m2。

2.2 加載和卸載分級

按照現場的實際條件，在試驗加載中采取注水加載方式。試驗中分作6 級的加載和3 級的卸載，達到使用的狀態所需試驗荷載的數值前，要求持荷有15min 的時間；且在使用的狀態所需試驗荷載的數值作用期間，要持荷有30min 的時間[2]。

3 對撓度與裂縫試驗的結果分析

3.1 檢驗的允許值

按照混凝土的結構設計相關規范要求，對受彎的構件分析中，要對荷載長期的作用會對撓度造成增大影響進行考慮，通過計算得到所檢驗樓板的撓度具有增大的系數為2.0。

按照混凝土的結構設計相關規范要求，對受彎的構件分析中，在受彎的構件計算跨度l0處于7～9m 的范圍時，其構件撓度的設計限值是l0/250，其所檢驗的樓板l0為9m，且撓度的設計限值為l0/25036mm。

在撓度檢驗的允許值方面，按照混凝土的結構試驗法相關標準規定，此所檢驗樓板中，撓度檢驗的允許值表示為撓度的設計限值/樓板撓度增大的系數，具體值為18mm[3]。

在裂縫寬度其檢驗的允許值方面，此所檢驗樓板的結構環境是一類，按照混凝土的結構設計相關規范以及混凝土的結構試驗法相關標準條例規定，此所檢驗樓板最大的裂縫寬度具有檢驗的允許值為0.2mm。

3.2 對測點的布置

因為試驗樓板的長寬比都小于2，且受力的形式都是雙向板，則對所檢驗3 塊樓板的平面尺寸以及結構布置是相同的。按照混凝土的結構試驗法相關標準要求，對雙向板的結構進行撓度曲線量測的測點沿著2 跨度或者主曲率的方向進行布置，任一個方向中測點數量包括量測的支座沉降與變形測點要不低于5 個，所以對試驗的樓板測點依據長寬方向的兩條中線進行套四等分點的布置，在每條線上設置5 個點，一共存在9 個數量的測點。對試驗樓板的各個測點，通過百分表對撓度測量，對裂縫寬度通過裂縫的測寬儀來觀測。

3.3 對實測值的計算

在對樓板跨中撓度的實測值計算中，要對構件自重而產生變形的情況進行考慮，且按照式（1）、式（2）進行計算：

3.4 對測試結果的分析

4 對應力應變的測試結果分析

4.1 現場的測試

對樓板結構進行靜力的測試中，一般是借助應變片對結構受荷時發生的應變進行測量，再按照Hooke 的定律實現相應應力的計算，此測試的系統主要由電橋、應變片、靜態的應變儀、可采集的系統等部分組成。

在本項目的荷載試驗期間，通過DH3816 型號靜態的應力應變式測試儀來對需要檢驗的樓板結構實施應力應變的測試操作。因為考慮混凝土的材料主要是受到脆性受拉的破壞影響，所以對第一強度的理論比較適用，也就是最大化拉應力的理論，且此所檢驗樓板是雙向板的類型，則在樓底的跨中進行三向的應變花設置，來對樓板的跨中板底第一的主應力實施測試。對測點的布置中，主要是按照兩個對頭箭頭字形進行6 個應變片的布置，分別用 #1、#2、#3、#4、#5、#6 表示，并對上左兩邊也分別布置一個應變片，分別用#7、#8 表示。

4.2 對現場測試的結果分析

在2 號廠房5.79m 的標高位置，其④-⑤/C-D 板中跨中板底內第一的主應力δ1 的實測值是0.510MPa；1/C（④-⑤）梁底跨中的應力具有實測值是0.976MPa；1/3（C-D）梁底跨中的應力具有實測值是1.041MPa。

在12 號廠房5.79m 的標高位置，其③-④/C-D 板中跨中板底內第一的主應力δ1 的實測值是0.574MPa；2/C（③-④）梁底跨中的應力具有實測值是1.074MPa；1/3（C-D）梁底跨中的應力具有實測值是1.139MPa。

在13 號廠房5.79m 的標高位置，其⑦-⑧/B-C 板中跨中板底內第一的主應力δ1 的實測值是0.569MPa；2/B（⑦-⑧）梁底跨中的應力具有實測值是1.009MPa；2/7（B-C）梁底跨中的應力具有實測值是1.106MPa。

4.3 對有限元的計算

按照委托方所提供圖紙依據，通過有限元的軟件平臺對所檢驗樓板有限元的模型進行建立，為了滿足實際的情況以及促進分析精度的有效提升，對梁、柱的結構選擇BEAM 的桿單元進行使用，對板結構選擇SHELL 的殼單元實施模擬。此C40 的素混凝土具有3.25×1010Pa 的彈性模量，其泊松比是0.2；對構件實際的配筋進行考慮，通過式（3）對鋼筋的混凝土其等效彈性的模量實施計算：

式中：E1和E2分別表示混凝土的彈性模量與鋼筋的彈性模量情況；而I1和I2分別表示混凝土的慣性矩與鋼筋的慣性矩情況；Ee表示鋼筋的混凝土其等效彈性的模量；而I 是鋼筋的混凝土慣性矩情況。

通過有限元的計算得知，所檢驗樓板跨中的板底其第一的主應力達到0.402MPa，對上左兩邊也分別布置的應變片#7、#8 測點中，梁底跨中的單向應力值分別是0.764MPa、0.809MPa。

5 結語

綜上所述，通過此次荷載試驗的計算與分析得到相應的驗證結果，得知此次所檢驗3 塊樓板在撓度和裂縫測試的結果方面都比規范中所允許檢驗值要小；在應力應變的測試結果中也表明了，這3 塊樓板的各個測點位置應力的實測值多比C40 型號混凝土的抗拉強度具有的1.71MPa 設計值要小，且各點的實測值都和有限元的計算值保持基本吻合的情況，在荷載試驗的期間，樓板的結構沒有發生任何破壞的標志。