加固后现浇混凝土楼板承载能力和加固效果的研究

徐海军

（甘肃省建筑科学研究院，甘肃　兰州　730050）

加固后现浇混凝土楼板承载能力和加固效果的研究

徐海军

（甘肃省建筑科学研究院，甘肃兰州730050）

现浇混凝土楼板由于施工或者使用等原因，常常会出现蜂窝、麻面、裂缝等质量缺陷，这些缺陷轻则影响房屋的美观性，重则影响房屋结构的承载能力。当出现影响结构承载能力的质量缺陷时应对现浇板及时进行加固处理，加固后现浇板的承载能力理论上是没有问题的。为了验证加固后现浇板的承载能力是否满足要求，可以采用原位加载试验。主要对原位加载试验来检验加固后现浇混凝土楼板的承载能力进行研究，并用某商务大厦现浇楼板原位加载试验实例，通过原位加载试验数据与理论计算数据进行比较，来评价该现浇楼板的承载能力和加固效果。

现浇楼板；加固；承载能力；原位加载

1　原位加载试验的研究

1．1概述

原位加载试验是目前常用的一种检验现浇板承载能力的方法，具有可操作性强、加载量大、目的性强等特点，通过不同加载量下结构的位移、裂缝、应变等参数来检验结构或构件的承载能力。常用的加载方法有重物加载、散体加载、液体加载、气体加载、集中力的等效加载及组合加载等，在实际中应根据现场实际情况采用合适的加载方式。

1．2原位加载试验的分类

1．2．1使用状态试验

根据正常使用极限状态的检验项目验证或评估结构的使用功能。

1．2．2承载力试验

根据承载能力极限状态的检验项目验证或评估结构的承载能力。

1．3原位加载试验的最大加载限值

1．3．1使用状态试验

仅检验构件在正常使用极限状态下的挠度、裂缝宽度时，试验的最大加载限值宜取正常使用状态试验荷载值，对钢筋混凝土结构构件取荷载的准永久组合。

正常使用极限状态荷载设计值表达式：Sd=SG+ ψqSQ

1．3．2承载力试验

当检验构件承载力时，试验的最大加载限值宜取承载力状态荷载设计值与结构重要性系数r0乘积的1.60倍。

承载能力极限状态荷载设计值表达式：Sd= rGSG+rQSQ

式中：Sd——荷载组合设计值

SG——恒载标准值

SQ——活载标准值

ψq——活载准永久值系数

rG——恒载分项系数

rQ——活载分项系数

1．4原位加载试验的分析判断

原位加载试验的最大难点是必须进行现场试验的分析和判断，一些主要的检验结论应在试验现场确定，加载过程中试验现象的观察、分析和判断就显得十分重要。因此，应当在试验前制定详细的加载方案，明确各级临界荷载值以及相应的承载力标志，现场试验按照制定的方案进行，在试验结束就能得出准确的结论。

2　原位加载试验

2．1工程概况

兰州市某商务大厦为地上26层的框架-剪力墙结构，楼盖为现浇混凝土楼盖。该商务大厦第14层6～8/J～M轴线房间因业务需要将其改为档案库使用，根据该商务大厦设计图纸，原设计楼面活荷载标准值为2.0kN/m2，楼板厚度为120mm，梁、板、柱混凝土强度等级均为C40，改为档案库后楼面活荷载标准值为5.0kN/m2。为满足要求，对其进行加固，加固方法为：梁、柱采用外粘钢板法，现浇板底采用粘贴碳纤维布法，加固后板厚为180mm。为检验该现浇混凝土楼板承载能力是否满足要求，对其进行原位加载试验。通过原位加载试验过程中现浇板的挠度和裂缝发展情况以及试验数据与理论计算数据进行比较，来评价该现浇板的承载能力和加固效果。

2．2试验荷载

根据《混凝土结构试验方法标准》的规定，为检验该现浇楼板承载力，试验的最大加载值取承载力状态荷载设计值与结构重要性系数r0乘积的1.60倍。

对于本原位加载试验，恒载标准值SG取为装修恒荷载1.25kN/m2，活载标准值SQ为5.0kN/m2，恒载分项系数rG为1.2，活载分项系数rQ为1.4，结构重要性系数r0为1.0。

承载能力极限状态荷载设计值：1.2×1.25kN/ m2+1.4×5.0kN/m2=8.5kN/m2

单位面积总加载值：1.6×1.0×（1.2×1.25kN/m2+ 1.4×5.0kN/m2）=13.6kN/m2

总加载重量：13.6kN/m2×8.0m×7.5m=816kN

2．3承载能力标志及加固效果的判断

原位加载试验采用分级加载的方式，当出现下列标志之一时，即应判断该楼板已达到了承载能力极限状态：弯曲挠度达到跨度的1/50或悬臂长度的1/25；受拉主筋处裂缝宽度达到1.50mm或钢筋应变达到0.01；构件的受拉主筋断裂；弯曲受压区混凝土受压开裂、破碎。达到总加载量816kN时若未出现上述标志，可认为该楼板满足承载能力极限状态的要求。

在试验荷载作用下，该楼板的实测挠度小于《混凝土结构设计规范》GB50010-2010规定的挠度允许值，可认为该楼板能满足正常使用的要求。

在试验荷载作用下，该楼板的实测挠度小于计算挠度，可认为该楼板加固效果良好。

2．4试验过程

2．4．1加载方法

原位加载试验应根据结构特点和现场条件选择合适的加载方法，考虑到现场实际条件，本次采用堆载袋装水泥的方法进行，袋装水泥每袋重50kg。

2．4．2测点布置

该楼板为双向板，沿板底纵向和横向中线，分别在支座端、1/4跨、跨中、3/4跨各布置1个测点，共9个测点，采用精度为0.01mm、量程为50mm的百分表进行挠度测量，测点布置示意图如图1所示。

图1　测点布置图（单位：mm）

2．4．3分级加载

本次原位加载试验采用14级加载，第1级加载为承载能力极限状态荷载设计值的75%，第2级加载为承载能力极限状态荷载设计值，从第3级加载开始，每级增加承载能力极限状态荷载设计值的5%，直至承载能力极限状态荷载设计值的1.6倍为止，各级持荷时间为15min。

2．4．4分级卸载

每级卸载值为承载能力极限状态荷载设计值的20%，直至卸载完毕。全部卸载完成1h后，重新测量残余变形。

2．5试验结果及分析

最大加载量下各测点的实测挠度：根据百分表测量的各测点的挠度如图2、图3所示。

图2　8m跨方向第14级加载下各测点挠度

图3　7.5m跨方向第14级加载下各测点挠度

从图2、图3可以看出：在最大加载量下该楼板跨中（3号测点）的挠度最大，为8.75mm。

最大加载量下该楼板未出现承载能力标志，可认为该楼板满足承载能力极限状态的要求。

在试验荷载作用下，该楼板的实测挠度小于《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定的挠度允许值l0/250（l0为构件的计算跨度），可认为该楼板能满足正常使用的要求。

理论计算挠度：采用盈建科结构设计软件对该楼板进行有限元计算，在最大荷载作用下，其最大计算挠度（跨中3号测点）为12.49mm，实测挠度和理论计算挠度与荷载的关系如图4所示。

图4　跨中3号测点各加载级下实测挠度与计算挠度

从图4可以看出：在试验荷载作用下，该楼板的实测挠度小于计算挠度，可认为该楼板加固效果良好。

3　结语

原位加载试验是混凝土结构中最常用的试验方法，针对的是结构中具体的构件，为了避免对构件进行破坏性试验，要根据试验目的谨慎选择最大试验荷载。由于原位加载试验受诸多因素的干扰，如试验条件、试验荷载、混凝土强度等的影响，在进行原位加载试验时，要根据现场情况选择合理且更符合构件受力状态的加载方法，规范试验过程，对试验结果进行综合分析，这样才能正确的判断结构或构件的承载能力等性能。

［1］混凝土结构试验方法标准（GB/T50152-2012）［S］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

［2］混凝土结构设计规范（GB50010-2010）［S］．北京：中国建筑工业出版社，2010．

［3］建筑结构规范（GB50009-2012）［S］．北京：中国建筑工业出版社，2012．

［2］徐天爽，刘刚，徐有邻．结构原位加载试验的基本原则［J］．工程质量a版，2012，30（10）：55-61．

［5］南建林，刘刚，徐有邻．结构原位加载试验研究［J］．建筑结构学报，2014，35（2）：52-58．

［6］杨建，顾许亮，潘佳俊，李志勇．不同标准对原位加载试验规定的差异［J］．工程质量，2015，33（5）：65-68．

TU755.7