吳佩蘭 謝素云 閆魁星

摘要：以萊大型廠房屋面板為工程背景，對(duì)在役材料的檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)靜栽試驗(yàn)和有限元仿真進(jìn)行了分析，闡述了對(duì)大型廠房在役屋面板現(xiàn)有極限承栽力的推定方法，并對(duì)屋面板進(jìn)行了安全性分析。為以后工程實(shí)踐提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：屋面板;靜載試驗(yàn);有限元;現(xiàn)有承載力

中圖分類(lèi)號(hào)：TU311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）16-0232-02

1前言

結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)價(jià)在工程上是普遍存在的，對(duì)于已經(jīng)使用了長(zhǎng)時(shí)間的結(jié)構(gòu)更是需要得到重視，在役結(jié)構(gòu)安全性評(píng)價(jià)是當(dāng)前面臨的一個(gè)新問(wèn)題。由于長(zhǎng)期使用的結(jié)構(gòu)會(huì)存在混凝土碳化、鋼筋銹蝕等情況，使得在役屋面板與新屋面板有較大的差異，現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012），《建筑結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50344-2004）和《工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJl44-90）對(duì)現(xiàn)役屋面板具有一定的不可操作性。為此結(jié)合具體的工程案例，對(duì)目前在役屋面板現(xiàn)有極限承載力提供了一種推定方法，為工程實(shí)踐提供有益參考。

2工程簡(jiǎn)介及檢測(cè)方法

某大型廠房設(shè)計(jì)于1963年，距今56年，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期按50年計(jì)算，已超過(guò)設(shè)計(jì)使用壽命。廠房結(jié)構(gòu)存在混凝土碳化、鋼筋銹蝕和原設(shè)計(jì)圖紙不全等情況。

本大型廠房屋面板是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共有6塊，某工廠檢測(cè)中心對(duì)其進(jìn)行了檢測(cè)。通?；炷翉?qiáng)度檢測(cè)方法有回彈法、超聲波法、回彈超聲波綜合法、鉆芯法等方法。由于原結(jié)構(gòu)混凝土期齡長(zhǎng)，回彈法及超聲回彈綜合法不能真實(shí)的反應(yīng)當(dāng)前混凝土強(qiáng)度，只有通過(guò)鉆芯法及拉拔法對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行修正。

同時(shí)檢測(cè)人員對(duì)該廠房屋面板采取靜載實(shí)驗(yàn)測(cè)其承載力，隨機(jī)選取6塊屋面板進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)。在屋面板下四角和中心用膨脹螺栓固定鋼絲端部，各吊一鉛球，鉛球的下表面與百分表接觸，并調(diào)整讀數(shù)為O。百分表豎桿下平放一銀鏡，便于讀數(shù)。在屋面板頂面堆沙袋，逐級(jí)加載使得屋面板發(fā)生撓動(dòng)。中心處沉降減去四角沉降的平均值即為板的撓度。

考慮到原結(jié)構(gòu)已被使用多年，原設(shè)計(jì)余度不大，如果加載過(guò)大可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，故也設(shè)定一個(gè)撓度限值，即設(shè)計(jì)規(guī)范中允許的最大撓度（1/300，1為短跨跨度），當(dāng)屋面板的撓度達(dá)到該限值時(shí)停止加載，將對(duì)應(yīng)的荷載作為屋面板的極限承載能力。更進(jìn)一步，為了使原結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不產(chǎn)生新的實(shí)驗(yàn)裂縫，在板跨中下底面未開(kāi)裂處縱、橫粘貼應(yīng)變片控制實(shí)驗(yàn)加載，當(dāng)應(yīng)變片所測(cè)應(yīng)變達(dá)到混凝土開(kāi)裂臨界應(yīng)變值時(shí)停止加載。其中混凝土的開(kāi)裂不得超過(guò)裂縫的允許值0.2mm。

3檢測(cè)結(jié)果及分析

檢測(cè)結(jié)果表明：屋面板回彈法混凝土強(qiáng)度推定值在9～15MPa，超聲回彈綜合法凝土強(qiáng)度推定值在6～13MPa。屋面板混凝土現(xiàn)有強(qiáng)度評(píng)定為C15，較設(shè)計(jì)強(qiáng)度低。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)結(jié)果，屋面板3撓度大于其他屋面板撓度，屋面板3撓度如表1所示，由于現(xiàn)場(chǎng)加載不能破壞屋面板原結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接測(cè)出屋面板的極限承載力，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載及檢測(cè)情況通過(guò)理論計(jì)算分析，可以間接得出屋面板極限承載力的推定。

4有限元計(jì)算及分析

根據(jù)原圖紙和現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)結(jié)果，屋面板3撓度大于其他屋面板撓度，可以偏安全地選擇屋面板3的檢測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算進(jìn)行對(duì)比分析，采用有限元方法對(duì)屋面板進(jìn)行分析，對(duì)屋面板進(jìn)行仿真摸擬，混合材料（鋼筋混凝土）材料參數(shù)換算時(shí)，采用的單一材料（鋼筋、混凝土）的材料參數(shù)按照《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）取值;在計(jì)算每個(gè)單元鋼筋混凝土的密度時(shí)，考慮了縱、橫向鋼筋網(wǎng);彈性模量也采用混合材料換算，按計(jì)算方向截面鋼筋與混凝土面積百分比及彈性模量比考慮。屋面板計(jì)算初始撓度見(jiàn)圖1，加載4520N時(shí)屋面板計(jì)算撓度見(jiàn)圖2。將屋面板承受自重恒載的狀況作為屋面板的初始情況考慮。將理論計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，列于表2中，荷載一撓度曲線見(jiàn)圖3。

通過(guò)上述對(duì)比分析可知，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果較為吻合，驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的正確性，也為屋面板極限承載力的推定奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)有限元分析可知，屋面板承受均布荷載時(shí)，應(yīng)力控制點(diǎn)在板跨中底部，此處受拉應(yīng)力，如圖4、加載452kg時(shí)屋面板計(jì)算應(yīng)力（MPa）見(jiàn)圖6。在不同載重情況下，控制點(diǎn)處的拉應(yīng)力見(jiàn)表2。

應(yīng)力。與加載重量P近似成線性關(guān)系，對(duì)兩者采用線性擬合。假設(shè)：

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

控制點(diǎn)處拉應(yīng)力值達(dá)到C15混凝土拉應(yīng)力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值1.27MPa時(shí)，屋面板達(dá)到承載能力極限狀態(tài)，由擬合公式計(jì)算出屋面板承載能力推定值為6.92kN，即可承載0.75kN/m。的均布荷載。

5結(jié)語(yǔ)

（1）本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)較為吻合，驗(yàn)證了試驗(yàn)方法的正確性，也為屋面板極限承載力的推定奠定了基礎(chǔ)。

（2）得到現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的極限承載力是工程中常常需要的，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、靜載試驗(yàn)和有限元仿真結(jié)合分析，非破壞性地得到了屋面板現(xiàn)有極限承載力的一種推定方法，并用于具體的工程實(shí)際得到了現(xiàn)役屋面板的極限承載力。為以后工程實(shí)踐提供有益的參考。