钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估

李佳兴，百世健，高振轩

（中国建筑第二工程局有限公司，北京 100070）

在建筑和土建工程中，钢筋混凝土材料是常用的材料之一。在建筑物上部结构中，主梁支撑各种荷载，并将其传递到墩和台上，因此，除了承压外，还要承受建筑物上部结构的全部重量和应力。在承载力超过主梁正截面受力极限时，主梁可能发生开裂、折损等故障，甚至发生房屋倒塌。

采用正截面承载力可靠度评价方法，可合理制定相应的加固方案，及时发现人为因素造成的问题，并可为钢筋混凝土建筑主梁力学参数的反馈分析提供依据。对于正截面承载力可靠性评价，国内外相关学者也进行了较长时间的应用研究，取得了一定的研究成果。但现阶段所采用的钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估方法和评价设备存在评价时延现象，容易产生评价卡顿和阻塞问题。因此以实现钢筋混凝土建筑主梁正截面承载能力的精确评估为目的，同时间接保障主梁的安全稳定性。

1 可靠性评估方法设计

钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估方法的实现需要依靠一定的评估设备，传统的评估设备存在延时、灵敏度的问题，因此需要优化设计使用的评估设备，方便对主梁正截面的承载力进行受力分析。确定可靠性评估的指标和测点，并将设计完成的评估设备安装在指定的位置上。利用评估到的指标参数计算钢筋混凝土建筑主梁正截面的实时承载力，判断当前承载力与承载极限的关系，从而得出评估预警结果，实现对钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估。

1.1 优化改装评估设备

一般的承载力评估设备包括显示器、重力传感器、电阻式应变片传感器、信号采集设备以及无线通信芯片等。为了提高评估设备灵敏度和准确度，首先需要优化评估设备的基本结构，优化结果如图1所示。

除此之外，还需要优化传感器硬件元件的性能。一般情况下重力传感器和电阻式应变片传感器的工作原理都是通过半导体物质构成的核心圆形截面金属线，当存在外力施加在主梁正截面上时，应变片粘贴会因为受到负载的重力作用而发生形变，从而使得内部的应变片发生相应的形变。根据应变片材料的性能，使得传感器内部的金属电阻值产生变化，从而反映在传感器电流的输出结果中。

图1 评估设备内部结构优化结果示意图

在自重应力平衡结果的情况下，计算钢筋混凝土建筑主梁正截面的构造应力。构造应力需要考虑到混凝土的强度以及建筑的结构应力，也就是在无初始荷载情况下的承载力情况。将钢筋混凝土主梁正截面放入建筑结构当中，正截面处于上部受拉且下部受压的状态。按照自重应力的计算方法得出不同荷载程度的影响下承载力的波动情况，进而得出荷载系数 和承载力之间的应力应变关系分布情况如表1所示。

表1 荷载系数与承载力之间的关系

1.2 判断承载力极限状态

1.2.1 计算主梁正截面实时承载力

综合钢筋混凝土建筑主梁多个方面的承载力，得出主梁正截面实时承载力的计算结果。将使用评估设备得到的各个评估点的显示数据之和记为SNm，同时将自重应力、构造应力和负载应力的计算分析结果记为F0、Fs和Fl。那么主梁正截面的实时承载力结果可以通过公式1来计算。

由于评估设备得出的评估数据为实时数据，因此通过公式1得出的最终计算结果，也就是钢筋混凝土建筑主梁正截面实时承载力。

1.2.2 更新承载极限值可靠性评估

受到钢筋混凝土建筑主梁使用时间以及其他外界因素的影响，钢筋混凝土建筑主梁正截面的承载能力会逐渐减少，因此需要根据主梁正截面的使用情况来更新其负载的极限值。承载极限值的更新频率以天为单位，承载极限更新值的计算公式为

式中k0——主梁正截面的初始承载极限；

mp——折减系数；

tr——余量系数；

T——主梁使用的时间，天。

1.2.3 评估异常预警

比较计算出的主梁正截面实时承载力和承载极限值更新结果的大小关系，若比较结果为实时承载力大于承载极限，则立即通过评估设备中的异常预警元件实现报警，提示建筑项目存在安全隐患。若实时承载力远远小于承载极限，则启动新一轮的评估循环，维持当前的运行环境和使用状况。

通过多个步骤实现对钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估，同时通过对硬件设备以及软件计算程序的优化，解决了传统评估方法中存在的问题。这种评估方法不仅可以应用在建筑的日常应用过程中，也可以应用于钢筋混凝土建筑施工工程当中，具有较高的使用价值和使用效率。

2 主梁正截面承载力可靠性评估应用

为了验证设计的钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估方法的应用性能，选用传统的正截面承载力可靠性评估方法作为实验的对比方法。与设计的可靠性评估方法相比，传统的评估方法在应用过程中使用的评估设备为现有的硬件设备，且未经过任何改装处理。另外在计算过程中仅考虑评估点的负载承载可靠性情况，未将自重应力以及构造应力考虑其中。经过远程无线传输环境，研究钢筋混凝土建筑主梁正截面的受力可靠性评估，通过实验探索建筑主梁正截面的受力机理，从而确定各个组成部分构建所分配到的承载力情况，为钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性设计提供技术支持。

选择的实验对象为位于1楼到3楼的建筑主梁，表2是建筑钢筋混凝土梁宽和梁高具体信息表。

表2 钢筋混凝土建筑梁信息表

根据表2信息，在钢筋混凝土建筑主梁上选择多个评估点，并将优化完成的评估设备安装在测点上，其中固定测点如图2所示。

如图2所示，A、B、C和D代表不同的固定评估点，除了这几个固定评估点之外，还可以设置多个评估点，并设置评估点的布置情况和评估设备的设置情况，具体如表3所示。

图2 主梁正截面固定评估点分布图

表3 主梁正截面测点位置及设置数据

按照待测量的对应参数配置评估设备，并启动评估设备处于运行状态。评估设备将对应的评估参数按照间隔时间传输到监控中心，由监控中心进行判断分析与判断处理。观察评估信号的变化情况，并及时做出相应的调整。通过无线传输通信网络将评估设备采集到的评估结果传输到主控计算机中，计算机通过统计与分析将评估结果通过评估界面显示出来，具体如图3所示。

图3 框架结构平面图

如图3所示，需要通过人为控制的方式来调整主梁正截面的承载力，采用的控制方式为增加或减少其上层空间的负载重量。钢筋混凝土框架结构评估点呈现均匀分布状态，在一定程度上更加有利于评估结果的合理性。对于评估钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性，在实际的应用中更能保障工程质量。

3 结语

钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估方法在实际建筑施工中因使用方便、适应性强，而得到了良好的应用反馈。通过评估方法的应用可以在一定程度上，保证钢筋混凝土建筑使用的结构合理性和使用安全性，钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估还在不断发展中，需不断根据承载力可靠性评估的发展对方法优化，从而真正准确地为钢筋混凝土建筑主梁正截面承载力可靠性评估提供依据。在接下来的工作中以承载力可靠性评估过程的准确性以及主梁正截面的施加预应力对整个结构受力所产生的影响进行深入研究。