现浇混凝土楼板荷载试验分析

滕建芝

(福建博海工程技术有限公司 福建福州 350000)

0 引言

在钢筋混凝土框架结构中，楼板作为一个受力构件，一旦结构出现贯通裂缝，将给结构的使用安全带来威胁，需结合工程检测方法对其进行安全使用性能检验，验证其正常使用阶段及承载力极限状态变形是否满足相关规范要求[1-2]。在工程检测方式推陈出新快速发展的趋势下，验证结构安全性能最为直观、可靠、稳定的检测方法仍然是荷载试验[3]。

本文以福建省某框架结构损伤楼板为实例，采用现场堆沙袋对楼板进行荷载试验，对损伤楼板结构安全使用性能进行检验，阐述了楼板荷载试验的基本内容、试验方法以及评定标准，为类似工程提供借鉴和参考。

1 工程概况

福建省某框架结构建筑总面积2782.4m2，采用现浇钢筋混凝土框架结构，层高3.3m，共4层，楼屋面板为钢筋混凝土现浇板，基础采用人工挖孔灌注桩，建筑结构安全等级为二级，结构重要系数为1.0，设计使用年限为50年，抗震等级为四级。

图1 三层楼板平面图

施工过程发现三楼开间7号及9号轴线与进深C号及E号轴线(记为3B-(7-9)-(C-E))的楼板以及屋顶开间8号及10号轴线与进深P号及S号轴线(记为WB-(8-10)-(P-S)的楼板出现贯通裂缝，平面如图1～图2所示。为了解裂缝对楼板的正常使用状态及承载力极限状态下的结构性能是否造成影响，需对其进行现场荷载试验检验。楼板厚120mm，混凝土强度C40，楼板及主次梁尺寸如表1所示。

图2 屋顶楼板平面图

表1 楼板及主次梁尺寸 m

2 荷载取值及判定标准

2.1 试验荷载取值

根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)[4]及设计图纸，楼板装修荷载标准值取1.3kN/m2，屋面活载标准值取2.0kN/m2，三层楼板活载标准值取3.0kN/m2，钢筋混凝土楼板自重取25.0kN/m3。

本文对楼板挠度及裂缝检测属于验证性试验，所以，事先确定各级临界荷载对结构的挠度、裂缝及承载力等加以检验。根据《混凝土结构试验方法标准》(GBT50152-2012)[5]第5.3条及第7.3.3条确定各级试验加载荷载等级，如表2所示。

表2 楼板试验加载荷载等级

依据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)及《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)[6]，钢筋混凝土受弯构件正常使用状态的荷载组合采用准永久组合。因此，该试验楼板荷载准永久组合Sd为：

(1)

式中：

SGjk——按第j个永久荷载标准值；

SQik——按第i个可变荷载标准值；

φqi——按第i个可变荷载准永久系数；本文取0.4；

m——参与组合的永久荷载数；

n——参与组合的可变荷载数。

依据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)第3.2.2条，钢筋混凝土受弯构件承载能力极限状态的荷载组合采用基本组合。该试验楼板荷载基本组合Sd为：

(2)

式中：

γGj——第j个永久荷载的分项系数，本文取1.2；

γQi——第i个可变荷载的分项系数，本文取1.4；

γLi——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，本文取1.0；

φci——第i个可变荷载Qi的组合值系数。

根据《混凝土结构试验方法标准》(GBT50152-2012)第7.3.1条，试验加载临界值时等于加载系数与承载力荷载设计值及结构重要性系数乘积，因此试验加载值如下：

(1)Qs=恒载标准值(装修层+楼板自重)+0.4×活载标准值-已有恒载(楼板自重标准值)；

(2)Qcr1=1.2×{1.2×恒载标准值(装修层+楼板自重)+1.4×活载标准值}-已有恒载(楼板自重标准值)；

(3)Qcr2=1.3×{1.2×恒载标准值(装修层+楼板自重)+1.4×活载标准值}-已有恒载(楼板自重标准值)；

(4)Qd=1.6×{1.2×恒载标准值(装修层+楼板自重)+1.4×活载标准值}-已有恒载(楼板自重标准值)。

试验楼板试验加载值汇总如表3所示。

表3 楼板试验加载荷载数值汇总 kN/m2

2.2 挠度及裂缝判定标准

(1)楼板正常使用状态

由《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第3.4.3知，当楼板跨度l0<7m时，构件的挠度限值为l0/200，l0为结构计算跨度，由于试验楼板为双向板，所以取长宽较小值进行计算。由《混凝土结构试验方法标准》第9.3.3规定，钢筋混凝土构件挠度检验允许值：

[as]=[af]/θ

(3)

式(3)中：

[as]——构件挠度校验允许值；

[af]——构件挠度校限制值；

θ——构件考虑荷载长期效应组合对挠度增大的影响系数，本文θ=1.6。

根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第3.4.5及《混凝土结构试验方法标准》(GBT50152-2012)第9.3.3知，建筑结构安全等级为二级时，构件最大裂缝宽度设计限值wlim=0.2mm，构件对应的裂缝最大宽度检验允许值[wmax]=0.15mm。则试验楼板在正常使用状态挠度及裂缝检验允许值如表4所示。

表4 试验楼板在正常使用状态挠度及裂缝检验允许值 mm

(2)承载能力极限状态

试验楼板在临界试验加载值作用下达到表5所列出的承载力标志，即可判定试验楼板达到承载力极限状态。

表5 试验楼板承载力达到标志[6]

注：跨度取双向板长宽较小值

3 荷载试验

3.1 试验加载及卸载分级

该试验楼板采用堆沙袋进行加载，加载分成16级，每级持荷20min；卸载分成4级，前三级每级持荷20min，最后一级卸载完成后持续12h。每级加载、卸载持荷结束后，对试验楼板各测点挠度进行量测，并观察开裂状况，试验楼板每级加载及卸载分级数值如表6～表7所示。

表6 试验楼板加载分级数值汇总

表7 试验楼板卸载分级数值汇总 kN/m2

3.2 测点布置及检测仪器

由于试验楼板长宽之比均小于2，受力形式采用双向板，根据《混凝土结构试验方法标准》(GBT50152-2012)知，双向板结构量测挠度曲线的测点应沿2个跨度或主曲率方向布置，且任一方向的测点数包括量测支座沉降和变形的测点在内不应少于5点[6]，因此试验楼板测点按长宽方向两条中线的四等分点布置，每条线上5个点，共9个测点，三层楼板测点编号为3B1～3B9，屋顶楼板测点编号为WB1～WB9，布置如图3～图4所示，试验楼板各测点的挠度采用百分表测量，裂缝宽度采用裂缝测宽仪进行观测。

图3 裂缝测宽仪

图4 百分表

3.3 测试结果

所检3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)板底有多条贯通裂缝，现场通过注水，让裂缝显示出来，楼板的现场裂缝分布如图5～图6所示。

图5 3B-(7-9)-(C-E)楼板裂缝分布示意图

图6 WB-(8-10)-(P-S)楼板裂缝分布示意图

(1)在使用状态试验荷载值下，3B-(7-9)-(C-E)板底中心的挠度值为1.58mm，板底裂缝最大测读值为0.14mm，未超过挠度检验允许值限值11.25mm及构件的最大裂缝宽度检验允许值0.15mm；WB-(8-10)-(P-S)板底中心的挠度值为0.94mm，板底裂缝最大测读值为0.14mm，未超过挠度检验允许值限值13.4mm及构件的最大裂缝宽度检验允许值0.15mm。

(2)在Qcr1作用下，3B-(7-9)-(C-E)板底中心的挠度值为6.11mm，板底裂缝最大测读值为0.15mm，未超过挠度限值3600/50=72mm及裂缝宽度限值1.50mm；WB-(8-10)-(P-S)板底中心的挠度值为2.27mm，板底裂缝最大测读值为0.16mm，未超过挠度限值4300/50=86mm及裂缝宽度限值1.50mm。

(3)在Qcr2作用下，3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)楼板受压区混凝土均未出现受压开裂、破碎等现象。

(4)在Qd作用下，3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)楼板受拉主筋均未发生断裂。

楼板3B-(7-9)-(C-E)及WB-(8-10)-(P-S)在荷载试验加、卸载过程中均未出现新裂缝，通过3B-(7-9)-(C-E)荷载挠度曲线及WB-(8-10)-(P-S)荷载挠度曲线，如图7～图8所示，楼板中心挠度基本呈线性变化，还处于弹性变形阶段。

图7 3B-(7-9)-(C-E) 荷载挠度曲线

图8 WB-(8-10)-(P-S) 荷载挠度曲线

4 结论

本文以福建省某框架结构损伤楼板为实例，采用现场堆沙袋对楼板进行荷载试验，对损伤楼板结构安全使用性能进行检验。试验结果表明，损伤楼板正常使用状态及承载力极限状态楼板变形及裂缝满足规范要求，荷载挠度曲线基本呈线性变化，还处于弹性变形阶段，因此检验楼板满足结构安全使用性能要求。

在实际工程中，楼板出现了贯通裂缝，需对其安全性进行检验时，可借鉴和参考本文提供的荷载试验内容及方法对楼板的结构安全性能做出评定。