某无梁楼盖楼板加固前、后原位荷载试验研究

袁哲峰,郭小飞,牛方义,石 光,程岩雷

(1.中国建筑科学研究院有限公司,北京 100013;2.建研院检测中心有限公司,北京 100013;3.北京建设工程质量第三检测所有限责任公司,北京 100037)

1 工程概况

某楼建筑主体为框架结构,地下三层,地上十八层,约建成于1997年。该楼拟改变三层局部区域的使用功能,并将原结构楼面活荷载由4.0 kN/m2增加至5.5 kN/m2;三层改造区域楼盖采用现浇钢筋混凝土无梁楼盖,板为预应力筋大板。由于新增荷载较大,拟对三层主体结构采用梁顶、板顶粘贴碳纤维布的方式进行加固处理。为了解改造区域楼板加固前、后的安全性,对改造区域内楼板加固前、后分别进行了原位荷载试验;原位荷载试验结果可为楼板的状态评定提供直接和可靠的基础数据,并期望能为类似工程提供参考。该楼三层改造区域结构平面布置图见图1。

2 承载力验算

采用中国建筑科学研究院有限公司编制的PKPM分别对该楼三层改造区域加固前、后的楼板进行承载力计算,根据结构加固设计图纸对结构施加荷载。该项目承载力验算不考虑地震作用,仅考虑竖向荷载作用。

2.1 基本设计参数

1)竖向荷载:三层改造区域竖向活荷载取值为5.5 kN/m2(原结构设计楼面活荷载标准值为4.0 kN/m2);楼面装修做法恒载按照后续使用要求取值。

2)混凝土强度取值按现场检测结果及原结构竣工图纸取值;钢筋取值与原结构竣工图纸一致。

3)碳纤维布等加固材料强度按照加固设计图纸取值。

2.2 竖向荷载下承载力验算结果

楼板配筋面积计算结果见图2～图5,图中各数值含义如下:

加固前、后楼板承载力结果如下:

1)加固前楼板承载力验算结果:三层改造区域部分楼板上铁配筋面积偏少,承载力不满足规范[1]要求,需要对承载力不满足规范要求的楼板进行加固。2)加固后楼板承载力验算结果:考虑梁顶、板顶粘贴碳纤维布后,三层改造区域加固后楼板承载力均满足规范[1]的要求。

3 楼板静力荷载试验

3.1 荷载试验方案

根据原结构设计图纸得知,主楼三层改造区域原楼面活荷载标准值为4.0 kN/m2。由该工程加固设计图纸知改造后该区域的楼面活荷载标准值增加至5.5 kN/m2。

根据委托方需求,选取三层底板2-3～A-B,分别进行加固前和加固后的楼板静力荷载试验。该楼板加固前、后荷载试验按照《混凝土结构试验方法标准》(GB/T 50152—2012)[2]和《建筑结构检测技术标准》(GB/T 50344—2019)[3]的相关规定执行。

根据现场检测条件,在三层底板2-3～A-B底面布置5个测点架设百分表测试挠度变形,测点布置示意图见图6。

结合工地现场实际情况,现场不便运输沙袋或其他堆载;且该楼三层以下各层仍处于运营状态,严格禁止渗水/漏水情况发生,传统蓄水均布加载的方法也不可行。基于以上情况,采用大型户外可移动游泳池进行等效加载。等效加载原则如下:楼面的等效均布活荷载,应在其设计控制部位上,根据需要按内力、变形及裂缝的等值要求来确定;在一般情况下按内力的等值来确定[4]。

基于上述原因,加载方案确定为:1)加固前楼板静力荷载试验采用蓄水的方式进行等效加载,现场荷载试验布置照片如图7所示;2)加固后楼板静力荷载试验采用蓄水结合局部堆载沙袋的方式进行等效加载,现场荷载试验布置照片如图8所示。加载采用分级加载的方式,卸载亦采用分级卸载;具体加载和卸载程序如下:

1)加载程序

(1)加固前楼板荷载试验加载程序:共分五级进行加载。一～四级加载量均为总加载量的2/9;每级加载完成后均持荷10 min以上,进行挠度及裂缝观测。五级加载量为总加载量的1/9,持荷30 min以上,进行挠度及裂缝观测。加载总质量约为21.71 t,等效为均布荷载为4.0 kN/m2。

(2)加固后楼板荷载试验加载程序:共分六级进行加载。一～五级加载量均为总加载量的1/6;每级加载完成后均持荷10 min以上,进行挠度及裂缝观测。六级加载量为总加载量的1/6,持荷30 min以上,进行挠度及裂缝观测。加载总质量约为29.12 t,等效为均布荷载为5.5 kN/m2。

2)卸载程序

(1)一、二级卸载量均为总加载量的1/3,持荷10 min以上,进行挠度及裂缝观测。

(2)三级卸载量为总加载量的1/3,持荷60 min以上,进行挠度及裂缝观测。

3.2 楼板静载试验结果

3.2.1 加固前楼板荷载试验

根据楼板静力荷载试验方案,对三层底板2-3～A-B进行加固前的静载试验,具体试验结果见表1。

表1 加固前楼板加/卸载挠度值 /mm

根据表1可知,第五级加载持荷30 min后,测点5#最大位移为1.34 mm,挠度值为L0/5 373,未超过《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)[1]对正常使用极限状态下的挠度限值;残余变形为0.18 mm。加/卸载过程中未发现楼板底部出现明显可视裂缝。

3.2.2 加固后楼板荷载试验

根据楼板静力荷载试验方案,对三层底板2-3～A-B进行加固后的静载试验,具体试验结果见表2。

表2 加固后楼板加/卸载挠度值 /mm

根据表2可知,第六级加载持荷30 min后,测点5#最大位移为1.50 mm,挠度值为L0/4 800,未超过《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)[1]对正常使用极限状态下的挠度限值;残余变形为0.21 mm。加/卸载过程中未发现楼板底部出现明显可视裂缝。

4 结 论

a.该楼板在加固前、后相应加载荷载下均未超过《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)对正常使用极限状态下的挠度限值。

b.该楼板在加固前、后相应加载荷载下的荷载挠度曲线基本呈线性变化,且残余变形很小,说明楼板均处于弹性变形状态。

c.楼板加固处理后,提高了楼板的承载能力。