某辦公樓樓板裂縫檢測與靜載試驗

劉文曉 李淼 張亞賓

（1包頭鐵道職業技術學院，內蒙古 包頭 014060；2內蒙古科技大學土木工程學院，內蒙古 包頭 014010；3甘肅建筑職業技術學院，甘肅 蘭州 730050）

1 工程概況

某辦公樓為現澆鋼筋混凝土框架-核心筒結構，該建筑長43m,寬25.2m,地下3層，地上18層，11層柱軸網布置見圖1。該建筑在施工過程中，11層21-23/Q-S軸樓板板底出現大量裂縫，裂縫分布見圖2，且板底下撓明顯。

圖1 11層柱軸網布置圖

2 試驗目的

本文通過對該處樓板進行靜力加載試驗，預計得到如下結果：

1）對樓板的使用性能進行檢驗，以證實結構在規定荷載的作用下不出現過大的變形和損傷，滿足正常使用要求；

2）掌握樓板在檢驗荷載作用下，荷載-變形的曲線關系和結構最大變形值；

3）掌握樓板在檢驗荷載作用下，樓板混凝土應變值；

4）掌握樓板在檢驗荷載作用下，卸載后殘余變形值。

圖2 板底裂縫分布及寬度示意圖

3 加載制度及測點布置

樓板試驗荷載確定及加載制度如下。

3.1 荷載大小

根據規范[1]規定，本次試驗最大加載限值取荷載的標準組合，即按下式計算：

最大加載限值=非結構恒載+樓面活載

本次試驗樓板非結構層恒載取4.0kN/m2；根據規范[2]規定，樓面活荷載取2.0kN/m2。

根據計算，樓板最大加載限值為6.0kN/m2。

3.2 加載方式

考慮加、卸荷載方便及荷載的均勻性，本次試驗加載方式采用水重物加載，即在樓面四周支鋼模板，樓面鋪設塑料布后注水加載。由于樓板存在初始撓度，應在樓板面層鋪設細砂進行找平。

3.3 加載制度

根據規范[1]規定，并結合現場實際情況，本次試驗采用分級加載，具體見表1。每級加載間隔20min,可控制加載速度，為讀取試驗數據提供時間；亦可觀察樓板撓度、應變變化情況。

表1 試驗加卸載制度

3.4 測點布置

①撓度測點布置

此次靜載試驗采用百分表進行撓度數據采集，樓板長向與短向均布置5個撓度測點，共9個測點，具體測點分布及編號見圖3。

②應變測點布置

此次靜載試驗采用電阻應變片量測樓板混凝土應變，樓面四周支座處各布置1個測點，板底短向布置3個測點，長向布置3個測點，共10個測點，測點具體分布及編號見圖4、圖5。

圖3 撓度測點布置

圖4 樓面支座處應變測點布置

圖5 樓板底部應變測點布置

4 測讀及記錄方法

本試驗采用數字百分表、電阻應變片、靜態電阻應變數據采集儀對樓板撓度與樓板混凝土的微應變進行量測、采集、記錄并儲存。

5 試驗步驟

本次試驗試驗步驟如下：

1）安裝儀器，布置測點；

2）運用應變片與數據采集儀，檢查通道是否通暢，并將應變片與各通道相對應；

3）按照加載制度進行預加載，檢查儀器設備是否正常工作；

4）按照加載制度進行正式加載，百分表讀數由人工進行記錄，應變由數據采集儀進行記錄；

5）按照卸載制度進行卸載，并對百分表讀數進行記錄；

6）清理現場。

6 試驗結束條件

按上述加載制度加載至最大荷載限值前，若出現以下情況，應立即停止加載，并調整試驗加載制度[3，5-6]：

1）板底裂縫迅速發展，且不收斂；

2）變形、應變值急劇增大。

7 試驗結果

現場對11層21-23/Q-S軸處樓板進行了靜載試驗，試驗過程見圖6、圖7。

圖6 現場測點布置

圖7 樓板加載

試驗結果如下所述。

7.1 樓板撓度測量結果

撓度檢驗按下式進行：

式中：αs0為使用狀態試驗荷載值作用下，樓板撓度檢驗實測值；[αs]為撓度檢測允許值；[αf]為樓板撓度設計限值，根據規范[3]表3.4.3 規定，短向取l0/200，長向取l0/250，l0為板的計算跨度，此處分別取樓板短向與長向凈跨；θ為考慮荷載長期效應組合對撓度增大的影響系數，根據規范[4]7.2.5條規定，取2.0。

各加、卸載階段百分表實測數據見表2、表3。

結合表2、表3，可以得到各階段樓板的殘余變形，具體見表4。

結合表2，可得到在荷載作用下測點最終撓度值，具體見表5。

由表4和表5可知，部分測點的卸載后最終殘余變形已超過了所記錄到該測點最大變形的20%。說明在加載過程中，樓板已進入彈塑性階段。各加載階段，不同測點撓度隨荷載變化規律見圖8所示。

表2 各加載階段百分表實測數據（mm)

表3 各卸載階段百分表實測數據（mm)

表4 測點各卸載階段殘余變形實測數據（mm)

表5 測點最終撓度實測數據（mm)

7.2 樓板應變測量結果

布置在樓板板底各測點的應變實測結果具有如下特點：

1）樓板板底對稱位置應變基本相同，符合樓板應變分布特征；

圖8 荷載-位移增量圖

2）跨中測點應變最大，表明該測點應力最大，符合樓板應力分布特征；

3）樓板短向應變大于長向應變，表明短向應力較大，符合雙向板應力分布特征；

4）在加載過程中，荷載-應變關系呈非線性變化，支座處測點應變超過混凝土的極限應變，說明加載過程中，樓板處于塑性變形階段。

7.3 樓板板底裂縫測量結果

裂縫寬度檢驗按下式進行：

在加載過程中，樓板底部隨著荷載增加出現裂縫，除板底原有裂縫外，新增裂縫主要沿對角線方向發展，符合雙向板受力特征。由于現場條件所限，無法對裂縫的發展過程進行監測。樓板卸載后對樓板裂縫的分布及寬度進行測量，樓板裂縫分布及寬度測量結果見圖2所示。根據測量結果，多數裂縫寬度為0.50mm左右，已超過規范要求的限值。

8 試驗結論

根據現行規范要求及現場靜力加載試驗結果，得到如下結論：

1）在加載過程中，荷載-應變關系呈非線性變化，支座處測點的應變已超過混凝土極限拉應變的限值，說明加載過程中樓板處于塑性變形階段。

2）該樓板的初始撓度為83mm,在最大荷載作用下實測跨中最大變形為23.70mm,卸載后殘余變形超過最大變形的20%，說明在加載過程中樓板處于彈塑性階段。

3）在加載過程中，新增裂縫的主要走向是沿樓板的對角線方向，符合樓板受力特性，大多數裂縫寬度在0.5mm左右，已超過規范允許限值。

綜上所述，該樓板已進入彈塑性階段，樓板混凝土已破壞，建議對樓板進行加固處理。