李佳興，百世健，高振軒

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100070）

在建筑和土建工程中，鋼筋混凝土材料是常用的材料之一。在建筑物上部結(jié)構(gòu)中，主梁支撐各種荷載，并將其傳遞到墩和臺(tái)上，因此，除了承壓外，還要承受建筑物上部結(jié)構(gòu)的全部重量和應(yīng)力。在承載力超過(guò)主梁正截面受力極限時(shí)，主梁可能發(fā)生開(kāi)裂、折損等故障，甚至發(fā)生房屋倒塌。

采用正截面承載力可靠度評(píng)價(jià)方法，可合理制定相應(yīng)的加固方案，及時(shí)發(fā)現(xiàn)人為因素造成的問(wèn)題，并可為鋼筋混凝土建筑主梁力學(xué)參數(shù)的反饋分析提供依據(jù)。對(duì)于正截面承載力可靠性評(píng)價(jià)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用研究，取得了一定的研究成果。但現(xiàn)階段所采用的鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估方法和評(píng)價(jià)設(shè)備存在評(píng)價(jià)時(shí)延現(xiàn)象，容易產(chǎn)生評(píng)價(jià)卡頓和阻塞問(wèn)題。因此以實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載能力的精確評(píng)估為目的，同時(shí)間接保障主梁的安全穩(wěn)定性。

1 可靠性評(píng)估方法設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估方法的實(shí)現(xiàn)需要依靠一定的評(píng)估設(shè)備，傳統(tǒng)的評(píng)估設(shè)備存在延時(shí)、靈敏度的問(wèn)題，因此需要優(yōu)化設(shè)計(jì)使用的評(píng)估設(shè)備，方便對(duì)主梁正截面的承載力進(jìn)行受力分析。確定可靠性評(píng)估的指標(biāo)和測(cè)點(diǎn)，并將設(shè)計(jì)完成的評(píng)估設(shè)備安裝在指定的位置上。利用評(píng)估到的指標(biāo)參數(shù)計(jì)算鋼筋混凝土建筑主梁正截面的實(shí)時(shí)承載力，判斷當(dāng)前承載力與承載極限的關(guān)系，從而得出評(píng)估預(yù)警結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估。

1.1 優(yōu)化改裝評(píng)估設(shè)備

一般的承載力評(píng)估設(shè)備包括顯示器、重力傳感器、電阻式應(yīng)變片傳感器、信號(hào)采集設(shè)備以及無(wú)線通信芯片等。為了提高評(píng)估設(shè)備靈敏度和準(zhǔn)確度，首先需要優(yōu)化評(píng)估設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，優(yōu)化結(jié)果如圖1所示。

除此之外，還需要優(yōu)化傳感器硬件元件的性能。一般情況下重力傳感器和電阻式應(yīng)變片傳感器的工作原理都是通過(guò)半導(dǎo)體物質(zhì)構(gòu)成的核心圓形截面金屬線，當(dāng)存在外力施加在主梁正截面上時(shí)，應(yīng)變片粘貼會(huì)因?yàn)槭艿截?fù)載的重力作用而發(fā)生形變，從而使得內(nèi)部的應(yīng)變片發(fā)生相應(yīng)的形變。根據(jù)應(yīng)變片材料的性能，使得傳感器內(nèi)部的金屬電阻值產(chǎn)生變化，從而反映在傳感器電流的輸出結(jié)果中。

圖1 評(píng)估設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果示意圖

在自重應(yīng)力平衡結(jié)果的情況下，計(jì)算鋼筋混凝土建筑主梁正截面的構(gòu)造應(yīng)力。構(gòu)造應(yīng)力需要考慮到混凝土的強(qiáng)度以及建筑的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，也就是在無(wú)初始荷載情況下的承載力情況。將鋼筋混凝土主梁正截面放入建筑結(jié)構(gòu)當(dāng)中，正截面處于上部受拉且下部受壓的狀態(tài)。按照自重應(yīng)力的計(jì)算方法得出不同荷載程度的影響下承載力的波動(dòng)情況，進(jìn)而得出荷載系數(shù) 和承載力之間的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系分布情況如表1所示。

表1 荷載系數(shù)與承載力之間的關(guān)系

1.2 判斷承載力極限狀態(tài)

1.2.1 計(jì)算主梁正截面實(shí)時(shí)承載力

綜合鋼筋混凝土建筑主梁多個(gè)方面的承載力，得出主梁正截面實(shí)時(shí)承載力的計(jì)算結(jié)果。將使用評(píng)估設(shè)備得到的各個(gè)評(píng)估點(diǎn)的顯示數(shù)據(jù)之和記為SNm，同時(shí)將自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力的計(jì)算分析結(jié)果記為F0、Fs和Fl。那么主梁正截面的實(shí)時(shí)承載力結(jié)果可以通過(guò)公式1來(lái)計(jì)算。

由于評(píng)估設(shè)備得出的評(píng)估數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此通過(guò)公式1得出的最終計(jì)算結(jié)果，也就是鋼筋混凝土建筑主梁正截面實(shí)時(shí)承載力。

1.2.2 更新承載極限值可靠性評(píng)估

受到鋼筋混凝土建筑主梁使用時(shí)間以及其他外界因素的影響，鋼筋混凝土建筑主梁正截面的承載能力會(huì)逐漸減少，因此需要根據(jù)主梁正截面的使用情況來(lái)更新其負(fù)載的極限值。承載極限值的更新頻率以天為單位，承載極限更新值的計(jì)算公式為

式中k0——主梁正截面的初始承載極限；

mp——折減系數(shù)；

tr——余量系數(shù)；

T——主梁使用的時(shí)間，天。

1.2.3 評(píng)估異常預(yù)警

比較計(jì)算出的主梁正截面實(shí)時(shí)承載力和承載極限值更新結(jié)果的大小關(guān)系，若比較結(jié)果為實(shí)時(shí)承載力大于承載極限，則立即通過(guò)評(píng)估設(shè)備中的異常預(yù)警元件實(shí)現(xiàn)報(bào)警，提示建筑項(xiàng)目存在安全隱患。若實(shí)時(shí)承載力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于承載極限，則啟動(dòng)新一輪的評(píng)估循環(huán)，維持當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境和使用狀況。

通過(guò)多個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估，同時(shí)通過(guò)對(duì)硬件設(shè)備以及軟件計(jì)算程序的優(yōu)化，解決了傳統(tǒng)評(píng)估方法中存在的問(wèn)題。這種評(píng)估方法不僅可以應(yīng)用在建筑的日常應(yīng)用過(guò)程中，也可以應(yīng)用于鋼筋混凝土建筑施工工程當(dāng)中，具有較高的使用價(jià)值和使用效率。

2 主梁正截面承載力可靠性評(píng)估應(yīng)用

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估方法的應(yīng)用性能，選用傳統(tǒng)的正截面承載力可靠性評(píng)估方法作為實(shí)驗(yàn)的對(duì)比方法。與設(shè)計(jì)的可靠性評(píng)估方法相比，傳統(tǒng)的評(píng)估方法在應(yīng)用過(guò)程中使用的評(píng)估設(shè)備為現(xiàn)有的硬件設(shè)備，且未經(jīng)過(guò)任何改裝處理。另外在計(jì)算過(guò)程中僅考慮評(píng)估點(diǎn)的負(fù)載承載可靠性情況，未將自重應(yīng)力以及構(gòu)造應(yīng)力考慮其中。經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸環(huán)境，研究鋼筋混凝土建筑主梁正截面的受力可靠性評(píng)估，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索建筑主梁正截面的受力機(jī)理，從而確定各個(gè)組成部分構(gòu)建所分配到的承載力情況，為鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

選擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象為位于1樓到3樓的建筑主梁，表2是建筑鋼筋混凝土梁寬和梁高具體信息表。

表2 鋼筋混凝土建筑梁信息表

根據(jù)表2信息，在鋼筋混凝土建筑主梁上選擇多個(gè)評(píng)估點(diǎn)，并將優(yōu)化完成的評(píng)估設(shè)備安裝在測(cè)點(diǎn)上，其中固定測(cè)點(diǎn)如圖2所示。

如圖2所示，A、B、C和D代表不同的固定評(píng)估點(diǎn)，除了這幾個(gè)固定評(píng)估點(diǎn)之外，還可以設(shè)置多個(gè)評(píng)估點(diǎn)，并設(shè)置評(píng)估點(diǎn)的布置情況和評(píng)估設(shè)備的設(shè)置情況，具體如表3所示。

圖2 主梁正截面固定評(píng)估點(diǎn)分布圖

表3 主梁正截面測(cè)點(diǎn)位置及設(shè)置數(shù)據(jù)

按照待測(cè)量的對(duì)應(yīng)參數(shù)配置評(píng)估設(shè)備，并啟動(dòng)評(píng)估設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)。評(píng)估設(shè)備將對(duì)應(yīng)的評(píng)估參數(shù)按照間隔時(shí)間傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進(jìn)行判斷分析與判斷處理。觀察評(píng)估信號(hào)的變化情況，并及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整。通過(guò)無(wú)線傳輸通信網(wǎng)絡(luò)將評(píng)估設(shè)備采集到的評(píng)估結(jié)果傳輸?shù)街骺赜?jì)算機(jī)中，計(jì)算機(jī)通過(guò)統(tǒng)計(jì)與分析將評(píng)估結(jié)果通過(guò)評(píng)估界面顯示出來(lái)，具體如圖3所示。

圖3 框架結(jié)構(gòu)平面圖

如圖3所示，需要通過(guò)人為控制的方式來(lái)調(diào)整主梁正截面的承載力，采用的控制方式為增加或減少其上層空間的負(fù)載重量。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)評(píng)估點(diǎn)呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)，在一定程度上更加有利于評(píng)估結(jié)果的合理性。對(duì)于評(píng)估鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性，在實(shí)際的應(yīng)用中更能保障工程質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估方法在實(shí)際建筑施工中因使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)，而得到了良好的應(yīng)用反饋。通過(guò)評(píng)估方法的應(yīng)用可以在一定程度上，保證鋼筋混凝土建筑使用的結(jié)構(gòu)合理性和使用安全性，鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估還在不斷發(fā)展中，需不斷根據(jù)承載力可靠性評(píng)估的發(fā)展對(duì)方法優(yōu)化，從而真正準(zhǔn)確地為鋼筋混凝土建筑主梁正截面承載力可靠性評(píng)估提供依據(jù)。在接下來(lái)的工作中以承載力可靠性評(píng)估過(guò)程的準(zhǔn)確性以及主梁正截面的施加預(yù)應(yīng)力對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)受力所產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入研究。