簡述預制24米跨預應力混凝土折線型屋架靜載試驗與撓度計算

劉勇

【摘要】通過試驗和分析，簡要介紹屋架靜載試驗的基本情況，根據(jù)實測結(jié)果與理論計算數(shù)據(jù)的比較，驗證屋架實際受力狀況與計算模型的差別，探討桁架桿件彈性模量計算。

【關鍵詞】屋架；彈性模量；撓度；桁架

1、工程基本概況

黃花工業(yè)生產(chǎn)基地1#車間是由湖南省電子工程設計院有限公司設計的兩跨單層工業(yè)廠房，其屋架為現(xiàn)場疊層預制24米跨預應力混凝土折線型屋架。該屋架下弦桿混凝土設計強度等級為C55，因其留置試塊有兩組未達到設計強度，為確保該混凝土構件的質(zhì)量能滿足使用要求，湖南永鑫人防機電設備有限公司委托長沙市建設工程質(zhì)量檢測中心對屋架進行試驗檢測。

2、試驗目的和要求

根據(jù)委托方要求，本試驗為標準荷載作用下的非破壞性檢驗，檢測預制24米跨預應力折線型屋架在正常使用狀態(tài)短期荷載（標準荷載）作用下是否滿足現(xiàn)行規(guī)范的正常使用極限狀態(tài)的要求。

3、檢測依據(jù)

《預制混凝土構件質(zhì)量檢驗評定標準》GBJ321-90

《混凝土結(jié)構試驗方法標準》GB50152-92

《混凝土結(jié)構設計規(guī)范》GB50010-2002

《混凝土結(jié)構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204-2002

國家建筑標準設計圖集04G415-1

設計方提供的圖紙

4、現(xiàn)場靜載試驗檢測

4.1資料收集

收集設計圖紙、施工與試件制作記錄等資料。

4.2結(jié)構構件外觀檢查

對構件的跨度、截面、鋼筋的位置等實際尺寸及初始撓曲、變形、原始裂縫、缺陷等作詳細記錄，繪制詳圖。

4.3構件的安裝就位和試驗裝置

根據(jù)《混凝土結(jié)構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204-2002），試驗結(jié)構構件的支承方式、支撐等條件和受力狀況應符合設計要求，試驗布置不應分擔構件承受的試驗荷載，不妨礙構件變形自由發(fā)展，且應有足夠剛度。

試驗布置將兩榀屋架平列正位，屋架支座采用鋼筒，安放在廠房獨立柱基杯口邊砼上，兩邊支座經(jīng)水準儀找平在同一標高位置，同時，根據(jù)設計要求，設置側(cè)向支承，兩榀屋架采用水平支撐連接，靠近抗風柱一側(cè)用鋼筋與屋架上弦焊接連接，已防止構件受力后產(chǎn)生側(cè)向彎曲和傾倒，同時，側(cè)向支承應不妨礙構件在其平面內(nèi)的位移，試驗過程中應注意人身和儀表安全，防止構件破壞時試驗設備及構件坍塌。

4.4試驗荷載、加載方法、加載設備和測點儀表布置

試驗采用屋面板為荷載，20噸吊車分級進行加載試驗。在每榀屋架的下弦桿跨中、腹桿和桁架下弦節(jié)點位置上和兩端支座位置安裝百分表測定屋架的撓度，另在跨度方向的支座一端布置水平測點，觀測構件在荷載作用下沿跨度方向的水平位移。

4.5試驗加載制度及程序

試驗加載制度是指結(jié)構試驗進行期間控制荷載與加載時間的關系。它包括加載速度的快慢、加載時間間隙的長短、分級荷載的大小和加載卸載循環(huán)的次數(shù)等。結(jié)構構件的承載能力和變形性質(zhì)與其所受荷載作用的時間特征有關。不同性質(zhì)的試驗必須根據(jù)試驗的要求制定不同的加載制度。本次結(jié)構性能檢測加載要求如下：

（1）本次現(xiàn)場試驗采用吊裝預制屋面板進行均勻加載，單塊屋面板（規(guī)格：6000mm×1500mm）的重量為12.78kN；

（2）試驗前進行預加載，預加載值為試驗荷載的20%；

（3）加載共分為八級，前三級荷載為試驗荷載值的20%，第四～六級荷載為試驗荷載值的10%，第七、八級荷載為試驗荷載值的5%；

（4）每級加載完成后，持續(xù)15min；在荷載標準值作用下，持續(xù)12h。在持續(xù)時間內(nèi)，觀察裂縫的出現(xiàn)和開展，以及鋼鉸線有無滑移等；在持續(xù)時間結(jié)束時，觀察并記錄各項讀數(shù)；

（5）采用分級卸載，每級卸載值取為試驗荷載值的20%，每級卸載完成后，持續(xù)15min；

（6）構件的試驗荷載布置符合標準圖或設計的要求；

（7）根據(jù)設計的加載要求，加載方式為均布加載，施加于試驗結(jié)構構件各個加載部位上的每級荷載按同一個比例加載。

5、檢測結(jié)果分析

根據(jù)設計方提供的屋面荷載標準值：恒荷載=3.42kN/m²（含屋面板自重1.42kN/m²）、活荷載=0.50kN/m²，正常使用狀態(tài)短期荷載值=3.92kN/m²，計算屋架撓度檢驗允許值如下：

由于該屋架可視為由上弦受彎的梁式桿件和腹桿及下弦受軸力的二力桿組成的組合結(jié)構，不考慮次應力的影響，并把上弦荷載及屋架自重荷載化作節(jié)點荷載，用數(shù)解法求得支座反力后，按絞接桁架，采用圖解法計算桿件軸力，再計算屋架跨中位移。

5.1荷載

（1）恒荷載 Gk=3.42kN/m²

（2）活荷載 Qk=0.50kN/m²

（3）屋架自重 Pk=0.78kN/m²

5.2上弦節(jié)點荷載

5.3桿件軸向力、彈性模量位移計算

按靜定平面桁架計算，桿件軸向力、位移匯總于下表1

彈性模量計算如下：

5.4屋架跨中位移計算

5.5檢驗評定依據(jù)：撓度檢驗允許值

[as]=80.24mm

檢測結(jié)果匯總表見下表

經(jīng)計算，試驗的兩榀屋架在荷載標準值下的構件撓度實測值a0s均滿足a0s≤[as]，評定為構件滿足正常使用極限狀態(tài)的設計要求。

結(jié)語：

（1）由于以理想絞接屋架求桿件軸力、位移，實際上屋架節(jié)點具有剛性，與絞接的假定有出入。根據(jù)有關資料，按絞接與剛接兩種方法計算，影響一般很小。

（2）關于位移計算中，彈性模量E取值，筆者認為，應考慮鋼筋與砼共同工作，按鋼筋與砼各自面積承擔作用力，比較合理。

（3）屋架桿件軸向力計算按最不利荷載布置計算，計算結(jié)果與全跨荷載作用相同。