某粮食储备库预应力钢筋混凝土拱板屋盖荷载试验

张元涛

为检验预制拱板将来投入使用后满足正常使用荷载的工作状况，完成后续的质量验收，本文主要对某粮食储备库搬迁项目拱板结构进行荷载试验，以试验结果分析评价该拱板屋面的施工质量[1]。

1.工程概况

某粮食购销有限公司粮食储备库搬迁建设项目由4 个平房仓组成，每个平房仓建筑平面尺寸均为24m×72m，其屋盖均由60 榀预制先张法预应力钢筋混凝土拱板屋面组成。上弦板、下弦板均为带肋预应力钢筋混凝土板（见图1），上弦板与下弦板之间由多片带孔钢筋混凝土KB 板相连。

图1 预应力钢筋混凝土钢板结构简图

2.试验荷载及要求

根据设计图纸，质量检测要求如下：

2.1 检测荷载（不计拱板自重）

（1）上弦荷载为1.35kN/m2（恒载）+0.50kN/m2（活载）；（2）下弦荷载为0.30kN/m2（恒载）+0.50kN/m2（活载）。

2.2 荷载作用方式

（1）工况1：恒载全跨均布+活载全跨均布；（2）工况2：恒载全跨均布+活载半跨均布。

2.3 终止检验时的荷载

当达到上述荷载的135%时，可以终止加荷。

2.4 检验要求

（1）拱板跨中在预加力作用下的反拱值不得大于45mm。（2）在各级荷载作用下拱板跨中的挠度不得大于45mm，拱板裂缝控制等级为二级。（3）在半跨均布活载作用下，隔板的受力情况（如裂缝、弯曲等）。

3.试验前准备工作

3.1 设备及工具

百分表、裂缝观测仪、0kg～50kg 磅秤、全站仪。

3.2 加载方法

试验加载方法按照规范[4]中相关要求进行。

3.3 初始起拱值及预加载

采用全站仪测量拱板跨中观测点13 和14 在自重作用下的起拱值。为了消除拱板与支座连接不紧密造成的试验数据误差，必须对拱板进行预加载，预加载值取计算荷载值的35%[2]。

3.4 提前终止加载条件

各级荷载加载应持续15min 方可读取挠度值，并在过程中观察下弦板和KB板是否有异常现象或者出现裂缝，根据设计文件检验要求，若出现以下情况，应立即停止加载：（1）预制屋面拱板出现裂缝；（2）在各级荷载作用下拱板跨中的挠度大于45mm ；（3）其他异常情况。

3.5 确定试验荷载

按照设计要求进行计算试验荷载，预应力拱板上下弦均为薄板，考虑采用现场砌筑用烧结普通砖作为加载重物。在现场抽取适量同一批进场并在自然干燥状态下的砖进行称重，计算出平均每片砖的重量，此平均值作为计算加荷载时单块砖的重量[3]。

按照规范[4]中相关加载方法的要求，分6 级加载。

（1）工况1 加载：上弦恒载及活载均按照拱板上弦抛物面表面均匀布置，加载方式为1 极级～3 级进行恒载加载，4 级～6 级进行活载加载。为了便于现场进行加载及尽可能使荷载均匀分布，对拱板上弦进行分区，按每个区面积1m2进行划分，下弦加载以两块KB板间段一个加载区域。

（2）工况2 加载：工况2 于工况1 的不同之处在于工况2 为活载半跨分布，因此恒载加载方式同工况1，活载只需在半跨内分布。

4.试验结果整理

4.1 预制屋面拱板在自重荷载下的起拱值

在自重作用下，拱板下弦板中的预应力钢筋处于放张状态，在正式加载以前，应测量拱板跨中的起拱值。

表1 上弦板各级加载荷重

表2 下弦板各级加载荷重

4.2 挠度实测值

根据24 个观测点在各级荷载作用下的现场数据记录进行整理，在计算挠度实测值时，应扣除预制屋面拱板支座处变形（现场试验数据从略）。

5.试验结果分析评价

根据实测数据绘制荷载-挠度曲线图并分析，拱板在工况1 荷载作用下的荷载-挠度曲线呈“马鞍”型，工况2荷载作用下，随着板跨活载的不断增加，活载所在半跨一侧的挠度不断增大，未布置活载半跨则往上翘，反弯点位置稍偏活载半跨一侧。预制屋面拱板在工况1、工况2 荷载作用下的挠度均未超出规范[5]规定的限值要求。

试验过程中，按照设计要求对试验荷载进行分级加载，并对所检测的拱板上、下弦板和KB 板进行监测，并未发现有明显裂缝。

综合分析，本次所检测预应力混凝土屋面拱板满足在设计荷载作用下正常使用的要求。

6.试验总结

从受力角度分析，上弦板为钢筋混凝土结构，起到受压作用，下弦板受拉，连接上、下弦板的KB 板在整个结构中起到拉杆的作用，该预制屋面拱板将非预应力钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土相结合受力，充分发挥了材料的作用，在预应力混凝土中，需要特别控制变形和裂缝，因此在试验过程中应着重观察分析[6]。

本文以现场试验为主要点进行论述，有必要时应采用结构计算软件进行理论分析，并与现场试验数据进行对比，综合分析预制屋面拱板的施工质量和受力情况。