某地下停车库框架柱破损情况检测及加固方案

2013-06-12单建春

建筑设计管理 2013年9期

单建春

(太原市建筑设计研究院一所，太原 030024)

0 引言

某地下停车库主体采用现浇钢筋混凝土框架剪力墙结构，基础为柱下独立基础，局部采用条型基础和筏板基础。车库框架梁、柱构件以及剪力墙构件的混凝土设计强度等级均为C40。施工过程中该结构顶部局部覆土厚度达到4～5 m，大大超过覆土设计厚度2 m，致使该区域部分框架柱构件受压破坏。通过对该区框架柱结构实体进行破损情况检测，提出合理可行的加固方案。

1 检测方案的制订

本次工程检测，主要对该区域柱子的混凝土强度、浇捣质量、损伤和破坏程度进行检测。由于部分框架柱已经出现损伤或破坏，因此检测时既要确保检测方法安全有效，又要充分避免检测所带来的二次结构损伤。

考虑到传统检测方法，对混凝土浇捣质量、损伤和破坏程度的检测主要是以现场观测的形式进行，该方法虽然操作简单却无法对混凝土内部缺陷作出科学评价[1]；而对混凝土强度的检测则主要采用回弹法和钻芯法[2]，钻芯法检测混凝土强度，虽然直接有效，却不可避免对结构带来二次损伤。回弹法的特点为回弹测试结果在一定范围内表现出离散性，当混凝土的表面硬度与内部混凝土强度存在较大差异时，由回弹法推定的构件混凝土强度误差较大，采用碳化深度修正的回弹法来评定构件实体混凝土强度只能作为参考，因此，该方法也存在一定缺陷性[3]。

综合考虑，在现场观测以及回弹测试的前提下，采用振动测试法对该区域柱子混凝土及构件整体工作性能进行评估。该方法是一种间接检测方法，其基本原理是：通过测试结构构件的自振频率、振型和阻尼比等固有动力特性指标，以从侧面评估结构构件的整体安全性能及损伤程度。选用该方法进行检测，既不会对结构造成损伤，又能综合反映混凝土强度、浇捣质量、损伤和破坏程度[4]。

2 现场观测结果

通过对该区混凝土框架柱外观质量和损伤情况进行的现场观测，观测结果表明：该区2-G/2-7轴、2-G/2-8 轴、2-F/2-7 轴、2-H/2-8 轴柱子存在明显施工缺陷，主要表现为振捣不密实出现蜂窝和孔洞现象；此外，该部分柱子还出现明显受压破坏迹象，主要表现为，混凝土保护层剥落，纵向受力钢筋屈曲(如图1～4)；其余框架柱也存在不同程度的外观缺陷，主要表现为蜂窝麻面现象较为普遍，其具体观测结果如表1。

图1 2-G/2-7 轴柱

3 框架柱的回弹法测试

依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》(JGJ/T23—2001)[5]的有关规定，采用回弹法对地下2 层柱子混凝土实际抗压强度值进行检测，检测结果见表2。

从表2 中回弹结果可见：该批柱子的回弹强度推定值大体满足混凝土强度设计值；另外F～H 轴，7～9 轴所在区域柱子回弹强度推定值相对偏低，这说明该区域柱子混凝土施工质量相对较差。

表1 框架柱外观损伤调查表

表2 柱混凝土强度回弹结果

表2 柱混凝土强度回弹结果(续表)

4 振动测试结果

本次测试采用东方振动所DASP 工程版软件系统对该区域柱子的动力特性进行了现场测试。测试时采用人工激振的方式，让柱子进入振动状态，并利用高灵敏度的传感器、放大记录设备，对柱子振动信号进行采集取样，最后借助随机信号数据处理技术，获得柱子各阶自振频率和振型。该方法对建筑物没有丝毫损伤，也不影响建筑物内工作的正常进行，在自然环境条件下，就可量测建筑物的响应，经过数据分析处理后就可确定其动力特性参数。部分柱测试结果如图3、图4 所示。

5 柱子整体性能评估

图3 柱2-F/2-6 振动波形和频谱分析图

图4 柱2-F/2-7 振动波形和频谱分析图

5.1 ANSYS 计算结果

采用ANSYS 通用分析软件，对待测构件进行有限元建模分析(有限元模型如图5)，根据计算结果，当混凝土柱子强度为C40，且柱子不存在任何施工缺陷和实体损伤时一阶自振周期理论值如表3 所示。

图5 柱构件的有限元模型

表3 不同强度下混凝土构件的理论第一自振频率

5.2 柱子整体性能评价

参考我国《混凝土旧桥材质状况与耐久性检测评定指南》[6]附录D：“桥梁结构固有模态参数的测定与结果判定应用”，对该区柱子整体性能进行评价，其中fdi取柱子第一阶自振频率理论值(通过ANSYS 模拟计算得到)，fmi取现场实测柱子一阶自振频率。

由于ANSYS 建模计算时所采取的柱子约束条件为全约束，较实际情况稍强，因此，柱子计算所得一阶自振频率，较真实理论值略大，以此计算结果按照表2 的方法对柱子性能进行评价将偏于安全，综合考虑将柱子按桥梁上部结构进行评价，并且将较差状态改为及格状态，评价结果如表4所示。

表4 构件动测结果

表4 构件动测结果(续表)

根据结构动力测试分析结果，所检测区域共有6 根柱子处于较坏的状态，且有2 根柱子处于危险状态，而根据混凝土强度回弹测试结果该区域柱子强度大体满足设计要求。

6 加固方案建议

1)根据现场观测结果，该批柱子施工质量存在一定缺陷，主要表现在混凝土振捣不密实，大部分柱子表面存在不同程度的蜂窝麻面现象，且个别柱子内部出现孔洞等缺陷；施工过程中过大的堆积荷载已经使得部分框架柱构件出现不同程度的受压破坏或损伤，主要表现为钢筋保护层剥落，柱子纵筋受压屈曲。所以建议上部覆土不宜超过1.5 m。

2)根据柱子动力特性测试分析结果，该批柱子一共有6 根柱子处于较坏的状态，且有2 根柱子处于危险状态，已经对结构局部和整体安全性构成威胁，建议对上述8 根柱子采取相应的加固措施。由于建筑要求，柱子截面不能增大，所以，建议采用方钢管混凝土柱。将框架柱采用千斤顶支撑卸荷，凿除已失效部位混凝土，柱外围焊接6 mm 厚钢板，并重新填注C40 混凝土。