現澆混凝土樓板荷載試驗分析

滕建芝

(福建博海工程技術有限公司 福建福州 350000)

0 引言

在鋼筋混凝土框架結構中，樓板作為一個受力構件，一旦結構出現貫通裂縫，將給結構的使用安全帶來威脅，需結合工程檢測方法對其進行安全使用性能檢驗，驗證其正常使用階段及承載力極限狀態變形是否滿足相關規范要求[1-2]。在工程檢測方式推陳出新快速發展的趨勢下，驗證結構安全性能最為直觀、可靠、穩定的檢測方法仍然是荷載試驗[3]。

本文以福建省某框架結構損傷樓板為實例，采用現場堆沙袋對樓板進行荷載試驗，對損傷樓板結構安全使用性能進行檢驗，闡述了樓板荷載試驗的基本內容、試驗方法以及評定標準，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

福建省某框架結構建筑總面積2782.4m2，采用現澆鋼筋混凝土框架結構，層高3.3m，共4層，樓屋面板為鋼筋混凝土現澆板，基礎采用人工挖孔灌注樁，建筑結構安全等級為二級，結構重要系數為1.0，設計使用年限為50年，抗震等級為四級。

圖1 三層樓板平面圖

施工過程發現三樓開間7號及9號軸線與進深C號及E號軸線(記為3B-(7-9)-(C-E))的樓板以及屋頂開間8號及10號軸線與進深P號及S號軸線(記為WB-(8-10)-(P-S)的樓板出現貫通裂縫，平面如圖1～圖2所示。為了解裂縫對樓板的正常使用狀態及承載力極限狀態下的結構性能是否造成影響，需對其進行現場荷載試驗檢驗。樓板厚120mm，混凝土強度C40，樓板及主次梁尺寸如表1所示。

圖2 屋頂樓板平面圖

表1 樓板及主次梁尺寸 m

2 荷載取值及判定標準

2.1 試驗荷載取值

根據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)[4]及設計圖紙，樓板裝修荷載標準值取1.3kN/m2，屋面活載標準值取2.0kN/m2，三層樓板活載標準值取3.0kN/m2，鋼筋混凝土樓板自重取25.0kN/m3。

本文對樓板撓度及裂縫檢測屬于驗證性試驗，所以，事先確定各級臨界荷載對結構的撓度、裂縫及承載力等加以檢驗。根據《混凝土結構試驗方法標準》(GBT50152-2012)[5]第5.3條及第7.3.3條確定各級試驗加載荷載等級，如表2所示。

表2 樓板試驗加載荷載等級

依據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)及《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)[6]，鋼筋混凝土受彎構件正常使用狀態的荷載組合采用準永久組合。因此，該試驗樓板荷載準永久組合Sd為：

(1)

式中：

SGjk——按第j個永久荷載標準值；

SQik——按第i個可變荷載標準值；

φqi——按第i個可變荷載準永久系數；本文取0.4；

m——參與組合的永久荷載數；

n——參與組合的可變荷載數。

依據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)第3.2.2條，鋼筋混凝土受彎構件承載能力極限狀態的荷載組合采用基本組合。該試驗樓板荷載基本組合Sd為：

(2)

式中：

γGj——第j個永久荷載的分項系數，本文取1.2；

γQi——第i個可變荷載的分項系數，本文取1.4；

γLi——第i個可變荷載考慮設計使用年限的調整系數，本文取1.0；

φci——第i個可變荷載Qi的組合值系數。

根據《混凝土結構試驗方法標準》(GBT50152-2012)第7.3.1條，試驗加載臨界值時等于加載系數與承載力荷載設計值及結構重要性系數乘積，因此試驗加載值如下：

(1)Qs=恒載標準值(裝修層+樓板自重)+0.4×活載標準值-已有恒載(樓板自重標準值)；

(2)Qcr1=1.2×{1.2×恒載標準值(裝修層+樓板自重)+1.4×活載標準值}-已有恒載(樓板自重標準值)；

(3)Qcr2=1.3×{1.2×恒載標準值(裝修層+樓板自重)+1.4×活載標準值}-已有恒載(樓板自重標準值)；

(4)Qd=1.6×{1.2×恒載標準值(裝修層+樓板自重)+1.4×活載標準值}-已有恒載(樓板自重標準值)。

試驗樓板試驗加載值匯總如表3所示。

表3 樓板試驗加載荷載數值匯總 kN/m2

2.2 撓度及裂縫判定標準

(1)樓板正常使用狀態

由《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)第3.4.3知，當樓板跨度l0<7m時，構件的撓度限值為l0/200，l0為結構計算跨度，由于試驗樓板為雙向板，所以取長寬較小值進行計算。由《混凝土結構試驗方法標準》第9.3.3規定，鋼筋混凝土構件撓度檢驗允許值：

[as]=[af]/θ

(3)

式(3)中：

[as]——構件撓度校驗允許值；

[af]——構件撓度校限制值；

θ——構件考慮荷載長期效應組合對撓度增大的影響系數，本文θ=1.6。

根據《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)第3.4.5及《混凝土結構試驗方法標準》(GBT50152-2012)第9.3.3知，建筑結構安全等級為二級時，構件最大裂縫寬度設計限值wlim=0.2mm，構件對應的裂縫最大寬度檢驗允許值[wmax]=0.15mm。則試驗樓板在正常使用狀態撓度及裂縫檢驗允許值如表4所示。

表4 試驗樓板在正常使用狀態撓度及裂縫檢驗允許值 mm

(2)承載能力極限狀態

試驗樓板在臨界試驗加載值作用下達到表5所列出的承載力標志，即可判定試驗樓板達到承載力極限狀態。

表5 試驗樓板承載力達到標志[6]

注：跨度取雙向板長寬較小值

3 荷載試驗

3.1 試驗加載及卸載分級

該試驗樓板采用堆沙袋進行加載，加載分成16級，每級持荷20min；卸載分成4級，前三級每級持荷20min，最后一級卸載完成后持續12h。每級加載、卸載持荷結束后，對試驗樓板各測點撓度進行量測，并觀察開裂狀況，試驗樓板每級加載及卸載分級數值如表6～表7所示。

表6 試驗樓板加載分級數值匯總

表7 試驗樓板卸載分級數值匯總 kN/m2

3.2 測點布置及檢測儀器

由于試驗樓板長寬之比均小于2，受力形式采用雙向板，根據《混凝土結構試驗方法標準》(GBT50152-2012)知，雙向板結構量測撓度曲線的測點應沿2個跨度或主曲率方向布置，且任一方向的測點數包括量測支座沉降和變形的測點在內不應少于5點[6]，因此試驗樓板測點按長寬方向兩條中線的四等分點布置，每條線上5個點，共9個測點，三層樓板測點編號為3B1～3B9，屋頂樓板測點編號為WB1～WB9，布置如圖3～圖4所示，試驗樓板各測點的撓度采用百分表測量，裂縫寬度采用裂縫測寬儀進行觀測。

圖3 裂縫測寬儀

圖4 百分表

3.3 測試結果

所檢3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)板底有多條貫通裂縫，現場通過注水，讓裂縫顯示出來，樓板的現場裂縫分布如圖5～圖6所示。

圖5 3B-(7-9)-(C-E)樓板裂縫分布示意圖

圖6 WB-(8-10)-(P-S)樓板裂縫分布示意圖

(1)在使用狀態試驗荷載值下，3B-(7-9)-(C-E)板底中心的撓度值為1.58mm，板底裂縫最大測讀值為0.14mm，未超過撓度檢驗允許值限值11.25mm及構件的最大裂縫寬度檢驗允許值0.15mm；WB-(8-10)-(P-S)板底中心的撓度值為0.94mm，板底裂縫最大測讀值為0.14mm，未超過撓度檢驗允許值限值13.4mm及構件的最大裂縫寬度檢驗允許值0.15mm。

(2)在Qcr1作用下，3B-(7-9)-(C-E)板底中心的撓度值為6.11mm，板底裂縫最大測讀值為0.15mm，未超過撓度限值3600/50=72mm及裂縫寬度限值1.50mm；WB-(8-10)-(P-S)板底中心的撓度值為2.27mm，板底裂縫最大測讀值為0.16mm，未超過撓度限值4300/50=86mm及裂縫寬度限值1.50mm。

(3)在Qcr2作用下，3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)樓板受壓區混凝土均未出現受壓開裂、破碎等現象。

(4)在Qd作用下，3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)樓板受拉主筋均未發生斷裂。

樓板3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)在荷載試驗加、卸載過程中均未出現新裂縫，通過3B-(7-9)-(C-E)荷載撓度曲線及WB-(8-10)-(P-S)荷載撓度曲線，如圖7～圖8所示，樓板中心撓度基本呈線性變化，還處于彈性變形階段。

圖7 3B-(7-9)-(C-E) 荷載撓度曲線

圖8 WB-(8-10)-(P-S) 荷載撓度曲線

4 結論

本文以福建省某框架結構損傷樓板為實例，采用現場堆沙袋對樓板進行荷載試驗，對損傷樓板結構安全使用性能進行檢驗。試驗結果表明，損傷樓板正常使用狀態及承載力極限狀態樓板變形及裂縫滿足規范要求，荷載撓度曲線基本呈線性變化，還處于彈性變形階段，因此檢驗樓板滿足結構安全使用性能要求。

在實際工程中，樓板出現了貫通裂縫，需對其安全性進行檢驗時，可借鑒和參考本文提供的荷載試驗內容及方法對樓板的結構安全性能做出評定。