老式預制空心板受力性能試驗研究

李寒竹

（健研檢測集團有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

20 世紀 60 年代至 80 年代裝配式預制構件的發(fā)展使得大量建筑采用了預制空心板、馬鞍形板等預制構件［1］。經過多年的使用，這類建筑出現了不同程度結構裂縫、脫落、傾斜、沉降等多種問題，威脅到人民群眾的生命安全。因此在 2004 年原建設部頒布了《城市危險房屋管理規(guī)定》，對各類房屋進行安全定性與管理。同時出于經濟發(fā)展與商業(yè)需求，目前遺留的大量老式預制空心板建筑需要進行結構性能檢測并進行有針對性的加固改造或拆除，使該類建筑帶來更好的經濟價值和社會效益。

在樓板檢測試驗研究方面，劉龍［2］根據荷載要求隨機選取某樓板進行地面結構性能檢驗，檢驗舊磚房的預制空心樓板結構性能，同時取下另一塊樓板對其加固并檢測結構性能。王季青等［3］利用堆載法在樓板上均布加載砂袋，采用吊錘法測試撓度，電阻式應變片和靜態(tài)應變儀測試應變，并利用 ANSYS 軟件對樓板荷載試驗進行模擬數值分析，分析裂縫產生的原因。金志剛［4］對預應力空心板進行原位檢驗，在樓板上堆載粉煤灰砌塊使荷載均勻分布，于樓板兩端支座與跨中的上下表面設置千分表，來測量各級荷載下樓板表面應變、支座沉降與跨中撓度。裴卓非等［5］對遭受火災的預制空心樓板結構進行加固設計，用現澆混凝土替換已燒壞樓板，并進行靜載試驗和模擬分析。

在過往的研究中，對建筑結構進行質量檢測時，理論計算常面臨建筑設計材料缺失或建筑構件材料不均勻，使得計算結果與結構的實際承載力有一定的差距。通過現場荷載試驗對在設計荷載下樓板結構的撓度、裂縫進行測試，評估樓板結構的靜力性能，能更為準確地檢測出建筑構件的實際受力性能［6］。

本文將會以某大學數學樓為案例，對其進行現場原位試驗。將結合現有技術改進常規(guī)的試驗方案，對預制空心板進行受力性能檢測試驗。

1 工程概況

本次試驗對象為某大學數學樓，該建筑結構為主體五層、局部四層的石混結構房屋，建筑建于 1962 年。試驗目標為該建筑二層 12～13 軸交 D～G 軸的預制空心板樓板，該樓板寬為 6 400 mm，長為 3 600 mm，板厚為150 mm，由 18 塊預制空心板組成。

2 試驗設計

本次試驗根據 GB/T 50152－2012《混凝土結構試驗方法標準》［7］、GB 50009－2012《建筑結構荷載規(guī)范》［8］和委托單位提供的相關荷載參數，并結合現場實際情況，制定現場原位試驗。

試驗計劃采用堆載法進行試驗荷載施加，采用荷載分級加載與卸載對試驗荷載進行控制。利用相關儀器對各分級荷載下的結構位移情況進行測量，獲得預制板的跨中撓度、支座沉降與裂縫寬度，從而判斷預制空心樓板的安全性。

2.1 持荷方案

2.1.1 荷載參數確定

1）正常使用極限狀態(tài)的檢驗荷載。

①樓板恒載包括混凝土自重、樓面裝修荷載以及加固增加的荷載。

混凝土自重：0.150 m×12.500 kN/m3=1.875 kN/m2（空心板取正常混凝土容重的一半）；

樓面裝修荷載：0.050 m×17.000 kN/m3=0.850 kN/m2（地面層：50 mm 厚粉刷層，容重取 17 kN/m3；板底粉刷層在加載前已鏟除）；

加固增加的荷載：1.250 kN/m2（由學校提供）；

樓板恒載合計：（1.875 kN/m2+0.850 kN/m2）+1.250 kN/m2=2.725 kN/m2+1.250 kN/m2=3.975 kN/m2。

②樓板活荷載取 2.500 kN/m2。

③樓板正常使用極限狀態(tài)的檢驗荷載值采用準永久組合：

Qs=3.975 kN/m2+0.5×2.500 kN/m2=5.225 kN/m2。

④故外加檢驗荷載值為：5.225-2.725=2.500 kN/m2；

即外加荷載總重（取次梁內板）：2.500 kN/m2×3.600 m×6.400 m=57.600 kN，約 5.760 t 荷載。

2）承載力狀態(tài)的檢驗荷載。

①樓板恒載包括混凝土自重：（1.875 kN/m2）、樓面裝修荷載（0.850 kN/m2）。

樓板恒載合計：1.875+0.850=2.725 kN/m2。

②教室樓板活荷載取 2.500 kN/m2。

③樓板承載力檢驗終止加載荷載值：

Qd=2.725 kN/m2×1.2+2.500 kN/m2×1.4=6.770 kN/m2（按學校要求取設計荷載值）。

④故外加檢驗荷載值為 6.770-2.725=4.045 kN/m2即外加荷載總重（取次梁內板）：4.045 kN/m2× 3.600 m×6.400 m=93.197 kN，約 9.320 t 荷載。

通過以上計算可得，樓板在進行正常使用極限狀態(tài)的試驗時外加檢驗荷載總重為 57.600 kN，樓板在進行承載力狀態(tài)的試驗時外加檢驗荷載值 93.197 kN。

2.1.2 加載步驟設計

根據驗證性試驗的分級加載原則［7］，本次試驗對樓板的持荷設計分為 7 級加載和 3 級卸載，各級加載值分別為加載至 60 % Qs、80 % Qs、100 % Qs、110 % Qs、120 % Qs、125 % Qs、130 % Qs（即 Qd）。加載終止后進行卸載，各級卸載值分別為卸載至 100 % Qs、80 % Qs及完全卸載。

持荷時間在加載至 100 % Qs、130 % Qs各取30 min，其余各級加載完成后各持荷 10 min，每級持荷完成后讀取各位移傳感器數值，并觀察樓板及周邊混凝土梁是否有新裂縫產生；卸載至 100 % Qs、80 % Qs各持荷 10 min，完全卸載后 30 min，再讀取各位移傳感器數值。

由此確定在進行樓板承載力狀態(tài)的試驗時，對該樓板進行加載與卸載的各級過程為：

0 kN/m2→0.410 kN/m2→1.455 kN/m2→2.500 kN/m2→3.023 k N/m2→3.545 k N/m2→3.806 k N/m2→ 4.045 kN/m2→2.500 kN/m2→1.455 kN/m2→0 kN/m2。

2.2 加載方式及檢測點設置

2.2.1 加載方式

本次現場原位試驗采用堆載法布置試驗荷載，為使試驗荷載均勻分布到目標空心板上，采用流體（注水）進行分級加載卸載試驗。將防水帆布直接置于樓面，用木板加以支護，來建立儲水裝置，利用水泵往儲水裝置注水與抽水，試驗的荷載加載與卸載量由水位高度控制，現場加載裝置如圖 1 所示。

圖1 現場加載實物圖

2.2.2 檢測點設置

本次試驗將檢測空心樓板的支座沉降與跨中撓度。由此設計在 13 軸對應梁的梁端和跨中設置位移傳感器（靜載儀），于梁對應四分之一跨的預制板 5、二分之一跨的預制板 9 與支座邊的預制板 15，3 塊預制板的板端和板中設置位移傳感器（靜載儀）。

在儀器設置前鑿除預制板與梁底粉刷層，儀器通過鋼腳架固定，擺放位移傳感器的鋼管與試驗板底的距離應在 300 mm 左右，以確保位移傳感器的正確安裝，檢測點設置與現場儀器設置如圖 2～3 所示。

2.3 裂縫觀測

試驗前，先對目標預制空心板樓板的板底和四周梁表面外觀進行現狀觀測。再對鑿除粉刷層后的板底和四周梁表面外觀也進行現狀觀測。

試驗時，在每級持荷完成后，觀察目標樓板及四周梁已存在裂縫是否擴大及是否有新裂縫產生。

圖2 檢測點設置示意圖（單位：mm）

圖3 現場儀器設置圖

3 試驗結果分析與驗證評估

本文選取代表性構件預制板 9 為例，對其檢測試驗結果進行分析并驗證評估。其他梁、板分析判定過程相同。

3.1 預制板 9 試驗結果分析

由表 1 及圖 4 可以得出，當樓面均勻施加附加荷載2.500 kN/m2后，樓板承受附加荷載達到荷載準永久組合，持荷載 30 min 后預制板 9 跨中出現 0.360 mm 的位移；當施加附加荷載 4.045 kN/m2后，樓板承受附加荷載達到設計荷載組合，持荷載 30 min 后預制板 9 的跨中出現最大位移 0.590 m m；當卸去所有附加荷載 30 min 后，預制板 9 跨中位移部分復位，但跨中依舊殘余 0.050 mm 的位移。

預制板 9 的板跨為 3 600 mm，將施加設計荷載組合下產生的跨中位移扣除平均板端位移后，得預制板9跨中撓度最大值為=0.245 mm。加載前預制板 9 的初始跨中撓度值為＝0.099 mm，即試驗設計荷載作用下預制板 9 跨中撓度最大值為＝+=0.344 mm。

表1 預制板 9 檢測結果

圖4 預制板 9 撓度示意圖

試驗前，鑿除所檢測預制板底粉刷層未發(fā)現明顯肉眼可見裂縫；混凝土梁粉刷層于跨中位置存在0.20mm裂縫，鑿除粉刷層后未發(fā)現結構裂縫。試驗加載及持荷過程中對檢測樓板的混凝土板底和四周混凝土梁進行勘查，未發(fā)現混凝土板有開裂現象產生，且混凝土梁跨中原有裂縫處未出現裂縫，即未出現承載力極限狀態(tài)的標志。

3.2 正常使用功能評估

根據設計規(guī)范規(guī)定［9］，正常使用極限狀態(tài)下預制板 9 的撓度設計限值為［af］=l0/250=3 600 mm/250=14.400 mm。根據試驗標準規(guī)定［3］，撓度檢驗允許限值［as］=［af］/θ=14.400/2.0=7.200 mm。預制板 9 在試驗荷載作用下?lián)隙茸畲笾?0.344 mm，未超過撓度檢驗允許限值。表明所委托試驗樓板在本次靜力荷載試驗作用下的使用功能滿足要求。

3.3 承載能力評估

根據試驗標準規(guī)定［7］，本次試驗加載到最大限值時，結構仍未出 現承載力極限狀態(tài)的標志，表明所試驗樓板在本次靜力荷載試驗作用下的承載力滿足要求。

4 結論

本文以某大學數學樓為案例，結合現有技術改進常規(guī)的試驗方案，對預制空心板進行現場原位試驗，檢測預制空心板的受力性能。

1）本次試驗采用蓄水方式進行樓板持荷，使得樓板受荷均勻能夠接近理想設計試驗荷載，且較常規(guī)堆載節(jié)省人力，但在卸荷抽水過程需要注意試驗用水科學排放。

2）本次試驗采用位移傳感器（靜載儀）對樓板位移變形進行測量，較使用百分表節(jié)省人力，并能避免人工觀測讀數時對支架的接觸，減小試驗誤差。

3）根據短期靜載試驗結果與試驗裂縫觀測結果，綜合判定試驗樓板的使用功能及承載能力滿足要求。