老式預(yù)制空心板受力性能試驗研究

李寒竹

（健研檢測集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

20 世紀(jì) 60 年代至 80 年代裝配式預(yù)制構(gòu)件的發(fā)展使得大量建筑采用了預(yù)制空心板、馬鞍形板等預(yù)制構(gòu)件［1］。經(jīng)過多年的使用，這類建筑出現(xiàn)了不同程度結(jié)構(gòu)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(shè)部頒布了《城市危險房屋管理規(guī)定》，對各類房屋進(jìn)行安全定性與管理。同時出于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與商業(yè)需求，目前遺留的大量老式預(yù)制空心板建筑需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能檢測并進(jìn)行有針對性的加固改造或拆除，使該類建筑帶來更好的經(jīng)濟(jì)價值和社會效益。

在樓板檢測試驗研究方面，劉龍［2］根據(jù)荷載要求隨機(jī)選取某樓板進(jìn)行地面結(jié)構(gòu)性能檢驗，檢驗舊磚房的預(yù)制空心樓板結(jié)構(gòu)性能，同時取下另一塊樓板對其加固并檢測結(jié)構(gòu)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(yīng)變片和靜態(tài)應(yīng)變儀測試應(yīng)變，并利用 ANSYS 軟件對樓板荷載試驗進(jìn)行模擬數(shù)值分析，分析裂縫產(chǎn)生的原因。金志剛［4］對預(yù)應(yīng)力空心板進(jìn)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(shè)置千分表，來測量各級荷載下樓板表面應(yīng)變、支座沉降與跨中撓度。裴卓非等［5］對遭受火災(zāi)的預(yù)制空心樓板結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固設(shè)計，用現(xiàn)澆混凝土替換已燒壞樓板，并進(jìn)行靜載試驗和模擬分析。

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

本文將會以某大學(xué)數(shù)學(xué)樓為案例，對其進(jìn)行現(xiàn)場原位試驗。將結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)常規(guī)的試驗方案，對預(yù)制空心板進(jìn)行受力性能檢測試驗。

1 工程概況

本次試驗對象為某大學(xué)數(shù)學(xué)樓，該建筑結(jié)構(gòu)為主體五層、局部四層的石混結(jié)構(gòu)房屋，建筑建于 1962 年。試驗?zāi)繕?biāo)為該建筑二層 12～13 軸交 D～G 軸的預(yù)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(yù)制空心板組成。

2 試驗設(shè)計

本次試驗根據(jù) GB/T 50152－2012《混凝土結(jié)構(gòu)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》［7］、GB 50009－2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［8］和委托單位提供的相關(guān)荷載參數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，制定現(xiàn)場原位試驗。

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

2.1 持荷方案

2.1.1 荷載參數(shù)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(xué)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(zhǔn)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(nèi)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(xué)校要求取設(shè)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(nèi)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(jìn)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(jìn)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(shè)計

根據(jù)驗證性試驗的分級加載原則［7］，本次試驗對樓板的持荷設(shè)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(jìn)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(shù)值，并觀察樓板及周邊混凝土梁是否有新裂縫產(chǎn)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(shù)值。

由此確定在進(jìn)行樓板承載力狀態(tài)的試驗時，對該樓板進(jìn)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(shè)置

2.2.1 加載方式

本次現(xiàn)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(biāo)空心板上，采用流體（注水）進(jìn)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(hù)，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(xiàn)場加載裝置如圖 1 所示。

圖1 現(xiàn)場加載實物圖

2.2.2 檢測點設(shè)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(shè)計在 13 軸對應(yīng)梁的梁端和跨中設(shè)置位移傳感器（靜載儀），于梁對應(yīng)四分之一跨的預(yù)制板 5、二分之一跨的預(yù)制板 9 與支座邊的預(yù)制板 15，3 塊預(yù)制板的板端和板中設(shè)置位移傳感器（靜載儀）。

在儀器設(shè)置前鑿除預(yù)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(yīng)在 300 mm 左右，以確保位移傳感器的正確安裝，檢測點設(shè)置與現(xiàn)場儀器設(shè)置如圖 2～3 所示。

2.3 裂縫觀測

試驗前，先對目標(biāo)預(yù)制空心板樓板的板底和四周梁表面外觀進(jìn)行現(xiàn)狀觀測。再對鑿除粉刷層后的板底和四周梁表面外觀也進(jìn)行現(xiàn)狀觀測。

試驗時，在每級持荷完成后，觀察目標(biāo)樓板及四周梁已存在裂縫是否擴(kuò)大及是否有新裂縫產(chǎn)生。

圖2 檢測點設(shè)置示意圖（單位：mm）

圖3 現(xiàn)場儀器設(shè)置圖

3 試驗結(jié)果分析與驗證評估

本文選取代表性構(gòu)件預(yù)制板 9 為例，對其檢測試驗結(jié)果進(jìn)行分析并驗證評估。其他梁、板分析判定過程相同。

3.1 預(yù)制板 9 試驗結(jié)果分析

由表 1 及圖 4 可以得出，當(dāng)樓面均勻施加附加荷載2.500 kN/m2后，樓板承受附加荷載達(dá)到荷載準(zhǔn)永久組合，持荷載 30 min 后預(yù)制板 9 跨中出現(xiàn) 0.360 mm 的位移；當(dāng)施加附加荷載 4.045 kN/m2后，樓板承受附加荷載達(dá)到設(shè)計荷載組合，持荷載 30 min 后預(yù)制板 9 的跨中出現(xiàn)最大位移 0.590 m m；當(dāng)卸去所有附加荷載 30 min 后，預(yù)制板 9 跨中位移部分復(fù)位，但跨中依舊殘余 0.050 mm 的位移。

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

表1 預(yù)制板 9 檢測結(jié)果

圖4 預(yù)制板 9 撓度示意圖

試驗前，鑿除所檢測預(yù)制板底粉刷層未發(fā)現(xiàn)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(xiàn)結(jié)構(gòu)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(jìn)行勘查，未發(fā)現(xiàn)混凝土板有開裂現(xiàn)象產(chǎn)生，且混凝土梁跨中原有裂縫處未出現(xiàn)裂縫，即未出現(xiàn)承載力極限狀態(tài)的標(biāo)志。

3.2 正常使用功能評估

根據(jù)設(shè)計規(guī)范規(guī)定［9］，正常使用極限狀態(tài)下預(yù)制板 9 的撓度設(shè)計限值為［af］=l0/250=3 600 mm/250=14.400 mm。根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［3］，撓度檢驗允許限值［as］=［af］/θ=14.400/2.0=7.200 mm。預(yù)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(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定［7］，本次試驗加載到最大限值時，結(jié)構(gòu)仍未出 現(xiàn)承載力極限狀態(tài)的標(biāo)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(jié)論

本文以某大學(xué)數(shù)學(xué)樓為案例，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)常規(guī)的試驗方案，對預(yù)制空心板進(jìn)行現(xiàn)場原位試驗，檢測預(yù)制空心板的受力性能。

1）本次試驗采用蓄水方式進(jìn)行樓板持荷，使得樓板受荷均勻能夠接近理想設(shè)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(xué)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(jìn)行測量，較使用百分表節(jié)省人力，并能避免人工觀測讀數(shù)時對支架的接觸，減小試驗誤差。

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