某大型厂房屋面板现有承载力的推定方法

吴佩兰 谢素云 闫魁星

摘要：以莱大型厂房屋面板为工程背景，对在役材料的检测、现场静栽试验和有限元仿真进行了分析，阐述了对大型厂房在役屋面板现有极限承栽力的推定方法，并对屋面板进行了安全性分析。为以后工程实践提供了有益的参考。

关键词：屋面板;静载试验;有限元;现有承载力

中图分类号：TU311.1 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）16-0232-02

1前言

结构的安全性評价在工程上是普遍存在的，对于已经使用了长时间的结构更是需要得到重视，在役结构安全性评价是当前面临的一个新问题。由于长期使用的结构会存在混凝土碳化、钢筋锈蚀等情况，使得在役屋面板与新屋面板有较大的差异，现行的《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012），《建筑结构检测技术标准》（GB/T 50344-2004）和《工业厂房可靠性鉴定标准》（GBJl44-90）对现役屋面板具有一定的不可操作性。为此结合具体的工程案例，对目前在役屋面板现有极限承载力提供了一种推定方法，为工程实践提供有益参考。

2工程简介及检测方法

某大型厂房设计于1963年，距今56年，结构设计基准期按50年计算，已超过设计使用寿命。厂房结构存在混凝土碳化、钢筋锈蚀和原设计图纸不全等情况。

本大型厂房屋面板是钢筋混凝土结构，共有6块，某工厂检测中心对其进行了检测。通常混凝土强度检测方法有回弹法、超声波法、回弹超声波综合法、钻芯法等方法。由于原结构混凝土期龄长，回弹法及超声回弹综合法不能真实的反应当前混凝土强度，只有通过钻芯法及拉拔法对混凝土强度进行修正。

同时检测人员对该厂房屋面板采取静载实验测其承载力，随机选取6块屋面板进行静载实验。在屋面板下四角和中心用膨胀螺栓固定钢丝端部，各吊一铅球，铅球的下表面与百分表接触，并调整读数为O。百分表竖杆下平放一银镜，便于读数。在屋面板顶面堆沙袋，逐级加载使得屋面板发生挠动。中心处沉降减去四角沉降的平均值即为板的挠度。

考虑到原结构已被使用多年，原设计余度不大，如果加载过大可能会发生结构破坏，故也设定一个挠度限值，即设计规范中允许的最大挠度（1/300，1为短跨跨度），当屋面板的挠度达到该限值时停止加载，将对应的荷载作为屋面板的极限承载能力。更进一步，为了使原结构在实验过程中不产生新的实验裂缝，在板跨中下底面未开裂处纵、横粘贴应变片控制实验加载，当应变片所测应变达到混凝土开裂临界应变值时停止加载。其中混凝土的开裂不得超过裂缝的允许值0.2mm。

3检测结果及分析

检测结果表明：屋面板回弹法混凝土强度推定值在9～15MPa，超声回弹综合法凝土强度推定值在6～13MPa。屋面板混凝土现有强度评定为C15，较设计强度低。

根据现场静载试验结果，屋面板3挠度大于其他屋面板挠度，屋面板3挠度如表1所示，由于现场加载不能破坏屋面板原结构，无法直接测出屋面板的极限承载力，需要结合现场试验加载及检测情况通过理论计算分析，可以间接得出屋面板极限承载力的推定。

4有限元计算及分析

根据原图纸和现场静载试验结果，屋面板3挠度大于其他屋面板挠度，可以偏安全地选择屋面板3的检测结果与理论计算进行对比分析，采用有限元方法对屋面板进行分析，对屋面板进行仿真摸拟，混合材料（钢筋混凝土）材料参数换算时，采用的单一材料（钢筋、混凝土）的材料参数按照《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）取值;在计算每个单元钢筋混凝土的密度时，考虑了纵、横向钢筋网;弹性模量也采用混合材料换算，按计算方向截面钢筋与混凝土面积百分比及弹性模量比考虑。屋面板计算初始挠度见图1，加载4520N时屋面板计算挠度见图2。将屋面板承受自重恒载的状况作为屋面板的初始情况考虑。将理论计算结果与试验数据进行对比，列于表2中，荷载一挠度曲线见图3。

通过上述对比分析可知，现场实测结果与理论计算结果较为吻合，验证了试验方法的正确性，也为屋面板极限承载力的推定奠定了基础。

通过有限元分析可知，屋面板承受均布荷载时，应力控制点在板跨中底部，此处受拉应力，如图4、加载452kg时屋面板计算应力（MPa）见图6。在不同载重情况下，控制点处的拉应力见表2。

应力。与加载重量P近似成线性关系，对两者采用线性拟合。假设：

σ=p1×P+P2

利用最小二乘法原理，得出p1=0.0614，p2=0.8451。

σ=0.0614×P+0.8451

控制点处拉应力值达到C15混凝土拉应力强度标准值1.27MPa时，屋面板达到承载能力极限状态，由拟合公式计算出屋面板承载能力推定值为6.92kN，即可承载0.75kN/m。的均布荷载。

5结语

（1）本文根据现场实测结果与理论计算结果进行比较，发现较为吻合，验证了试验方法的正确性，也为屋面板极限承载力的推定奠定了基础。

（2）得到现有结构的极限承载力是工程中常常需要的，本文根据现场检测、静载试验和有限元仿真结合分析，非破坏性地得到了屋面板现有极限承载力的一种推定方法，并用于具体的工程实际得到了现役屋面板的极限承载力。为以后工程实践提供有益的参考。