某大型廠房屋面板現有承載力的推定方法

吳佩蘭 謝素云 閆魁星

摘要：以萊大型廠房屋面板為工程背景，對在役材料的檢測、現場靜栽試驗和有限元仿真進行了分析，闡述了對大型廠房在役屋面板現有極限承栽力的推定方法，并對屋面板進行了安全性分析。為以后工程實踐提供了有益的參考。

關鍵詞：屋面板;靜載試驗;有限元;現有承載力

中圖分類號：TU311.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）16-0232-02

1前言

結構的安全性評價在工程上是普遍存在的，對于已經使用了長時間的結構更是需要得到重視，在役結構安全性評價是當前面臨的一個新問題。由于長期使用的結構會存在混凝土碳化、鋼筋銹蝕等情況，使得在役屋面板與新屋面板有較大的差異，現行的《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012），《建筑結構檢測技術標準》（GB/T 50344-2004）和《工業廠房可靠性鑒定標準》（GBJl44-90）對現役屋面板具有一定的不可操作性。為此結合具體的工程案例，對目前在役屋面板現有極限承載力提供了一種推定方法，為工程實踐提供有益參考。

2工程簡介及檢測方法

某大型廠房設計于1963年，距今56年，結構設計基準期按50年計算，已超過設計使用壽命。廠房結構存在混凝土碳化、鋼筋銹蝕和原設計圖紙不全等情況。

本大型廠房屋面板是鋼筋混凝土結構，共有6塊，某工廠檢測中心對其進行了檢測。通常混凝土強度檢測方法有回彈法、超聲波法、回彈超聲波綜合法、鉆芯法等方法。由于原結構混凝土期齡長，回彈法及超聲回彈綜合法不能真實的反應當前混凝土強度，只有通過鉆芯法及拉拔法對混凝土強度進行修正。

同時檢測人員對該廠房屋面板采取靜載實驗測其承載力，隨機選取6塊屋面板進行靜載實驗。在屋面板下四角和中心用膨脹螺栓固定鋼絲端部，各吊一鉛球，鉛球的下表面與百分表接觸，并調整讀數為O。百分表豎桿下平放一銀鏡，便于讀數。在屋面板頂面堆沙袋，逐級加載使得屋面板發生撓動。中心處沉降減去四角沉降的平均值即為板的撓度。

考慮到原結構已被使用多年，原設計余度不大，如果加載過大可能會發生結構破壞，故也設定一個撓度限值，即設計規范中允許的最大撓度（1/300，1為短跨跨度），當屋面板的撓度達到該限值時停止加載，將對應的荷載作為屋面板的極限承載能力。更進一步，為了使原結構在實驗過程中不產生新的實驗裂縫，在板跨中下底面未開裂處縱、橫粘貼應變片控制實驗加載，當應變片所測應變達到混凝土開裂臨界應變值時停止加載。其中混凝土的開裂不得超過裂縫的允許值0.2mm。

3檢測結果及分析

檢測結果表明：屋面板回彈法混凝土強度推定值在9～15MPa，超聲回彈綜合法凝土強度推定值在6～13MPa。屋面板混凝土現有強度評定為C15，較設計強度低。

根據現場靜載試驗結果，屋面板3撓度大于其他屋面板撓度，屋面板3撓度如表1所示，由于現場加載不能破壞屋面板原結構，無法直接測出屋面板的極限承載力，需要結合現場試驗加載及檢測情況通過理論計算分析，可以間接得出屋面板極限承載力的推定。

4有限元計算及分析

根據原圖紙和現場靜載試驗結果，屋面板3撓度大于其他屋面板撓度，可以偏安全地選擇屋面板3的檢測結果與理論計算進行對比分析，采用有限元方法對屋面板進行分析，對屋面板進行仿真摸擬，混合材料（鋼筋混凝土）材料參數換算時，采用的單一材料（鋼筋、混凝土）的材料參數按照《鋼筋混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）取值;在計算每個單元鋼筋混凝土的密度時，考慮了縱、橫向鋼筋網;彈性模量也采用混合材料換算，按計算方向截面鋼筋與混凝土面積百分比及彈性模量比考慮。屋面板計算初始撓度見圖1，加載4520N時屋面板計算撓度見圖2。將屋面板承受自重恒載的狀況作為屋面板的初始情況考慮。將理論計算結果與試驗數據進行對比，列于表2中，荷載一撓度曲線見圖3。

通過上述對比分析可知，現場實測結果與理論計算結果較為吻合，驗證了試驗方法的正確性，也為屋面板極限承載力的推定奠定了基礎。

通過有限元分析可知，屋面板承受均布荷載時，應力控制點在板跨中底部，此處受拉應力，如圖4、加載452kg時屋面板計算應力（MPa）見圖6。在不同載重情況下，控制點處的拉應力見表2。

應力。與加載重量P近似成線性關系，對兩者采用線性擬合。假設：

σ=p1×P+P2

利用最小二乘法原理，得出p1=0.0614，p2=0.8451。

σ=0.0614×P+0.8451

控制點處拉應力值達到C15混凝土拉應力強度標準值1.27MPa時，屋面板達到承載能力極限狀態，由擬合公式計算出屋面板承載能力推定值為6.92kN，即可承載0.75kN/m。的均布荷載。

5結語

（1）本文根據現場實測結果與理論計算結果進行比較，發現較為吻合，驗證了試驗方法的正確性，也為屋面板極限承載力的推定奠定了基礎。

（2）得到現有結構的極限承載力是工程中常常需要的，本文根據現場檢測、靜載試驗和有限元仿真結合分析，非破壞性地得到了屋面板現有極限承載力的一種推定方法，并用于具體的工程實際得到了現役屋面板的極限承載力。為以后工程實踐提供有益的參考。