现浇混凝土楼板荷载试验探究

李玉峰

（贵州中建建筑科研设计院有限公司，贵州贵阳 550006）

0 前言

在混凝土的框架结构内，楼板是重要的受力构件部分，若其结构一旦出现贯通的裂缝情况，势必对结构的安全使用造成威胁，则对楼板实施安全性的检测至关重要。荷载试验是对混凝土楼板的结构安全性能检验的重要手段，本文就以某工程为例，对其混凝土楼板开展荷载试验，对其安全性能实施分析和评估，来对此试验手段的应用分析实现深入的认识与了解。

1 工程概况

在某厂房的项目中，建筑的面积约有120 万m2，它是由一系列的标准化厂房群共同组成，其厂房的结构形式是地上的3~4层是混凝土的框架结构类型，其楼屋面板是混凝土的现浇板，对基础采取人工挖孔的灌注桩，要求抗震等级是四级，结构的安全等级是二级，使用年限设计是50 年[1]。

在项目的施工期间，发现一些楼板存在开裂的现象，为保证楼板对正常使用的极限状态下的要求满足，要对其中的3 块楼板在现场实施荷载试验的开展。所检查的3 块楼板中，分为2号、12 号、13 号的厂房其标高5.98m 处楼板，这3 块楼板设计板都是12cm 的厚度，它们平面都是9m×9m 的尺寸，板下位置主梁的截面是 300mm×800mm 的尺寸，次梁的截面是 250mm×550mm、250mm×600mm 的尺寸，次梁的轴线间距是 3m，且梁、板和柱的混凝士强度等级设计都是C40，其楼板活荷载的标准值是10kN/m2，且准永久值的系数是0.5。

2 荷载试验

2.1 荷载的取值

按照对混凝土的结构设计相关规范要求，对混凝土的受弯构件其正常使用的极限状态中荷载试验选择准永久的组合，此次外加的试验荷载值通过计算为6.5kN/m2。

2.2 加载和卸载分级

按照现场的实际条件，在试验加载中采取注水加载方式。试验中分作6 级的加载和3 级的卸载，达到使用的状态所需试验荷载的数值前，要求持荷有15min 的时间；且在使用的状态所需试验荷载的数值作用期间，要持荷有30min 的时间[2]。

3 对挠度与裂缝试验的结果分析

3.1 检验的允许值

按照混凝土的结构设计相关规范要求，对受弯的构件分析中，要对荷载长期的作用会对挠度造成增大影响进行考虑，通过计算得到所检验楼板的挠度具有增大的系数为2.0。

按照混凝土的结构设计相关规范要求，对受弯的构件分析中，在受弯的构件计算跨度l0处于7～9m 的范围时，其构件挠度的设计限值是l0/250，其所检验的楼板l0为9m，且挠度的设计限值为l0/25036mm。

在挠度检验的允许值方面，按照混凝土的结构试验法相关标准规定，此所检验楼板中，挠度检验的允许值表示为挠度的设计限值/楼板挠度增大的系数，具体值为18mm[3]。

在裂缝宽度其检验的允许值方面，此所检验楼板的结构环境是一类，按照混凝土的结构设计相关规范以及混凝土的结构试验法相关标准条例规定，此所检验楼板最大的裂缝宽度具有检验的允许值为0.2mm。

3.2 对测点的布置

因为试验楼板的长宽比都小于2，且受力的形式都是双向板，则对所检验3 块楼板的平面尺寸以及结构布置是相同的。按照混凝土的结构试验法相关标准要求，对双向板的结构进行挠度曲线量测的测点沿着2 跨度或者主曲率的方向进行布置，任一个方向中测点数量包括量测的支座沉降与变形测点要不低于5 个，所以对试验的楼板测点依据长宽方向的两条中线进行套四等分点的布置，在每条线上设置5 个点，一共存在9 个数量的测点。对试验楼板的各个测点，通过百分表对挠度测量，对裂缝宽度通过裂缝的测宽仪来观测。

3.3 对实测值的计算

在对楼板跨中挠度的实测值计算中，要对构件自重而产生变形的情况进行考虑，且按照式（1）、式（2）进行计算：

3.4 对测试结果的分析

4 对应力应变的测试结果分析

4.1 现场的测试

对楼板结构进行静力的测试中，一般是借助应变片对结构受荷时发生的应变进行测量，再按照Hooke 的定律实现相应应力的计算，此测试的系统主要由电桥、应变片、静态的应变仪、可采集的系统等部分组成。

在本项目的荷载试验期间，通过DH3816 型号静态的应力应变式测试仪来对需要检验的楼板结构实施应力应变的测试操作。因为考虑混凝土的材料主要是受到脆性受拉的破坏影响，所以对第一强度的理论比较适用，也就是最大化拉应力的理论，且此所检验楼板是双向板的类型，则在楼底的跨中进行三向的应变花设置，来对楼板的跨中板底第一的主应力实施测试。对测点的布置中，主要是按照两个对头箭头字形进行6 个应变片的布置，分别用 #1、#2、#3、#4、#5、#6 表示，并对上左两边也分别布置一个应变片，分别用#7、#8 表示。

4.2 对现场测试的结果分析

在2 号厂房5.79m 的标高位置，其④-⑤/C-D 板中跨中板底内第一的主应力δ1 的实测值是0.510MPa；1/C（④-⑤）梁底跨中的应力具有实测值是0.976MPa；1/3（C-D）梁底跨中的应力具有实测值是1.041MPa。

在12 号厂房5.79m 的标高位置，其③-④/C-D 板中跨中板底内第一的主应力δ1 的实测值是0.574MPa；2/C（③-④）梁底跨中的应力具有实测值是1.074MPa；1/3（C-D）梁底跨中的应力具有实测值是1.139MPa。

在13 号厂房5.79m 的标高位置，其⑦-⑧/B-C 板中跨中板底内第一的主应力δ1 的实测值是0.569MPa；2/B（⑦-⑧）梁底跨中的应力具有实测值是1.009MPa；2/7（B-C）梁底跨中的应力具有实测值是1.106MPa。

4.3 对有限元的计算

按照委托方所提供图纸依据，通过有限元的软件平台对所检验楼板有限元的模型进行建立，为了满足实际的情况以及促进分析精度的有效提升，对梁、柱的结构选择BEAM 的杆单元进行使用，对板结构选择SHELL 的壳单元实施模拟。此C40 的素混凝土具有3.25×1010Pa 的弹性模量，其泊松比是0.2；对构件实际的配筋进行考虑，通过式（3）对钢筋的混凝土其等效弹性的模量实施计算：

式中：E1和E2分别表示混凝土的弹性模量与钢筋的弹性模量情况；而I1和I2分别表示混凝土的惯性矩与钢筋的惯性矩情况；Ee表示钢筋的混凝土其等效弹性的模量；而I 是钢筋的混凝土惯性矩情况。

通过有限元的计算得知，所检验楼板跨中的板底其第一的主应力达到0.402MPa，对上左两边也分别布置的应变片#7、#8 测点中，梁底跨中的单向应力值分别是0.764MPa、0.809MPa。

5 结语

综上所述，通过此次荷载试验的计算与分析得到相应的验证结果，得知此次所检验3 块楼板在挠度和裂缝测试的结果方面都比规范中所允许检验值要小；在应力应变的测试结果中也表明了，这3 块楼板的各个测点位置应力的实测值多比C40 型号混凝土的抗拉强度具有的1.71MPa 设计值要小，且各点的实测值都和有限元的计算值保持基本吻合的情况，在荷载试验的期间，楼板的结构没有发生任何破坏的标志。