某剧场混凝土拱形薄板屋架现场荷载试验.pdf

7 0 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6卷第 6期 2 0 1 0年 l 2月 某剧场混凝土拱形薄板屋架现场荷载试验 韩兵康 ， 赵文娟 ( 同济大学建筑工程系， 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要： 在既有房屋的改造中， 经常遇到屋面需要增加防水层或保温层而增加荷载， 而屋面结构特别是混凝土拱形薄板屋架 由于杆件多且细， 不易通过现场检测所获取的数据正确计算其结构性能。通过对混凝土拱形薄板屋架进行非破坏性现场荷 载试验， 可以全面检验其结构性能， 是比较可行且可靠的方法。选取某剧场一榀有代表性的混凝土拱形薄板屋架进行加载图 式和装置的设计， 考虑实际情况确定试验荷载和加载制度， 根据试验 目的和场地条件确定试验量测内容、 选择量测方法和测 点布置， 通过对试验数据的整理和分析， 获得了该屋架在正常使用状态下的结构性能 ， 为改造设计提供了依据， 也为今后此类 工程问题的解决提供了途径。 关键词： 混凝土； 拱形 ； 薄板屋架； 现场； 荷载试验 中图分类号： T U 3 5 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 7 0 0 3 on s i t e l o a d i n g t e s t o n a c o n c r e t e a r c h e d s l a b r o o f t r u s s H A N B i n g k a n g Z HA 0 We n j u a n ( D e p a r t me n t o f B u i l d i n g E n g i n e e r i n g ， T o n i U n i v e r s i t y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h r o u g h t h e n o n d e s t r u c t i v e fi e l d l o a d t e s t i n g o n t h e c o n c r e t e a r c h t h i n s h e e t r o o f t rus s ， we c a n t o t a l l y i n s p e c t i t s s t r u c t u r a l p e r f o r ma n c e i t i s q u i t e a f e a s i b l e a n d r e l i a b l e me t h o d S e l e c t i n g a r e p r e s e n t a t i v e c o n c r e t e a r c h t h i n s h e e t r o o f t rus s o f s o me t h e a t e r t o c a r r y o n t h e l o a din g d i a g r a m a n d e q u i p me n t d e s i g n， c o n s i d e r i n g t h e a c t u a l s i t u a t i o n t o d e t e rm i n e t h e t e s t i n g l o a d a n d l o a d i n g s y s t e m， a c c o r d i n g t o t h e t a r g e t o f t h e t e s t i n g a n d t h e l o c a t i o n c o n d i t i o n t O d e t e r mi n e t h e me a s u r i n g c o n t e n t ， c h o i c e me asu ri n g me t h o d a n d s e t t l e me nt i nv e s t i g a t i o n po i nt ， t h r o u g h t h e a n a l y s i s an d c o l l a t i o n o f t h e t e s t d a t e， we c a n o bt a i n t h e s t ruc t u r a l p e rfo rm an c e o f t h i s r o o f t r u s s u n d e r s e r v i c e a b i l i t y s t a t e s ， w h i c h p r o v i d e s t h e b asi s f o r t h e t r a n s f o r ma t i v e d e s i gn Ke y wor ds： c o n c r e t e； a r c h e d； s l a b r o o f t rus s； s i t e； l o a d i ng t e s t 1 工程概况 某剧场建造于 2 0世纪 9 O年代前 ， 混凝土屋架 跨度约 1 5 m， 为拱形薄板屋架。现房屋进行改造 ， 鉴于缺乏相关图纸和资料， 且按现有技术条件 ， 房屋 检测也无法得到详细 的配筋及钢筋性能等， 根据设 计要求， 通过现场荷载试验检验在正常使用状态下 屋架的结构性能。 2 试验 目的和要求 2 1 试验 目的 检验在正常使用状态下屋架的结构性能。 2 2试验要求 ( 1 ) 屋架基本情况 混凝土屋架跨度约 1 5 m， 屋架间距约 2 1 5 m， 屋架矢高 1 5 m。 收稿 日期 ： 2 0 0 9 - 0 6 - 2 6 作者简介 ： 韩兵康( 1 9 6 5一)， 男 ， 浙 江湖 州人 ， 副教 授， 博士 ， 主要 从 事结构检测、 鉴定和改造加固研究 。 E m a i l ： h b k 1 2 3 9 s i n a c o rn 屋架现有荷载情况( 设计提供) 见表 1 。 表 1 屋面现有荷载状况 Ta b l e 1 Th e e x i s ti n g 1 0 a d c o n d i tio n o f r o o fi ng ( 2 ) 效节点荷载及理论计算挠度( 表 2 ， 3 ) 表 2 设计提供的等效节点荷载 Ta bl e 2 Th e e q ui v a l e n t no dal l o a d o f d e s i g n pr o v i d i ng 3 试验设计 3 1 试件选取 根据现场的实际情况考虑试验加载的方便和试 2 0 1 0 N o 6 韩兵康 ， 等 ： 某剧场混凝土拱形薄板屋架现场荷载试验 7 1 表 3 设计提供 的理论计算挠度 Ta b l e 3 T h e t h e o r e tic a l c a l c u l a t e d de fl e c t i o n o f d e s i g n pr ov i di ng 验的安全 ， 经业主、 设计 、 施工商量， 选择剧场端部的 一 榀屋架进行荷载试验。 3 2加载 图式和 装置 根据现场的实际情况决定采用在下弦节点处吊 挂砂包 的方法进行加载 ， 下弦节点的等效集 中荷载 由设计提供。 加载装置考虑现场取材及安装的条件采用在平 板屋架的下弦与腹杆交叉节点处的连系杆上平放一 根 1 6号工字钢 ， 两边各悬挑 7 0 0 mm， 工字钢两端各 吊挂一钢管拼装 的吊篮 ， 吊篮里可逐级放置砂包 ， 加 载装置如图 1 所示。 楼 面 P L 一 _ 螬 一 鲁 张 线 楼板 吊重 直径2 0 ram 图 1 加载装置及测点布置 Fi g 1 The c ha r t o f l o a di n g t e s t e qu i pme nt a nd s e t t l e me n t i nv e s t i ga tio n p oi n t 3 3 试验荷载的确定 本次试验的 目的是检验在 目前正常使用荷载条 件下屋架的安全性 和正常使用性能。 目前 ， 屋架上 的荷载有混凝 土屋架 自重 ( 包 括屋 面板 ) 和屋 面 的 防水 、 保温层， 水平投影荷载标准值为 5 0 0 k N m ， 换算成下弦节点荷载为 2 7 5 0 k N， 吊重 ( 吊顶 及管 道重 ) 及屋面活载 尚未施加 ， 尚未施 加的两项 荷载 的水平投影荷载标准值为 1 3 0 k N m ， 换算成下弦 节点荷载为 7 1 5 k N。总的下弦节点换算荷载标准 值为 3 4 6 5 k N。由于屋架的实 际结构状态不 明了， 现场加载量根据挠度和裂缝开展情况确定 。初步确 定除加载装置荷重 ( 1 5 0 k N) 外 ， 最大加载量不超 过 8 0 0 k N。 3 4加 载制 度 根据规定 ， 构件在试验前 ， 宜进行预压 ， 以检查 试验装置的工作是否正常。对仅作挠度、 抗裂或裂 缝宽度检验的构件应分级 卸载 ， 作用在构件上的试 验设备重量及构件 自重应作为第一 次加载 的一 部 分 。 当荷载小于荷载标准值时 ， 每级荷载不应大于 荷载标准值 的 2 0 ； 当荷载大 于荷载标准值时 ， 每 级荷载不应大于荷载标准值的 1 0 ； 当荷载接近抗 裂检验荷载值 时， 每级荷载不应大于荷载标准值 的 5 ； 当荷载接近承载力检验荷载值时 ， 每级荷载不 应大于承载力检验荷载设计值的 5 。每级加载完 成后 ， 应持续 1 O1 5 mi n ； 在荷载标准值作用下， 应 持续 3 0 mi n 。在持续时间内， 应 观察裂缝的出现和 开展 ； 在持续时间结束 时， 应观察并记录各项读数 。 全部卸载后 ， 还应经过变形恢复持续时间 4 5 mi n 。 考虑各种因素 ， 本次试验每级下 弦节点荷载加 载量确定为 1 0 0 k N， 为下弦节点换算荷载标 准值 的2 9 ， 考虑到现场搬运 的工作每加 2次持续 1 O m i n 。加载至 8 0 0 k N持续 3 0 mi n 。全部卸载后 ， 变 形恢复持续时间4 5 m i n 。 3 5 试验量测内容 、 方法和测点布置 3 5 1 试验 量 测 内容 、 方 法 本次试验量测的内容为各级荷载下下弦节点的 挠度和杆件的裂缝 。挠度测量采用 Y H D一5 0型位 移计 ， 仪器编号 J G 3 0 0 4一J 3 0 0 6 ， 标定 日期 2 0 0 8 5 2 0 ， 量程 5 0 m m， 准确度不低于 1 0级 ， 最小分度值 1 ， 示值误差 1 O F s ； 记 录采用 D H一 3 8 1 8型 静态电阻应变仪 ， 仪器编号 J G 3 0 0 1一J 3 0 0 3 ， 标定 日 期 2 0 0 8 5 2 0 ， 精度不低于 B级 ， 最小分度值不大于 1 01 0 。裂缝观测采用裂缝观测仪 ， 精度为 0 0 5 m mo 3 5 2测 点布 置 在屋架下弦节点和支座处安装一 吊钩 ， 考虑到 场地狭窄 ， 需留出一通道搬运砂包， 故在屋架的一榀 下弦各节点处安装一吊钩 ， 另一榀屋架的下弦中间 节点处安装一吊钩， 采用张线打孔穿过混凝土平 台 连接到安装于地面 的位移计上。实际布置 时， 由于 打孑 L 碰到混凝土粱 内钢筋， 边节点少布置一点 ， 支座 处无法安装 吊钩 ， 偏离约 3 0 c m。测点布置如 图 1 所示 。 4试 验结果 4 1 各级荷载下测点的位移实测值 各级荷载下测点的位移实测值见表 4 。 7 2 四川建筑科学研究 第 3 6卷 1 o o 2 o 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 O 7 0 0 8 0 0 O O o o 5 0 01 0 0 01 5 0 01 5 0 01 0 0 01 5 0 01 5 0 01 0 一 O O 2 O 一0 1 3 0 0 2 6 5 0 3 7 5 0 5 1 5 0 6 5 0 0 8 95 0 9 9 5 1 2 2 5 0 7 2 0 一 O 0 2 O O 0 3 0 0 0 4 0 0 O5 0 0 O 4 O 一 0 O5 O 一 0 0 4 5 0 0 2 5 O o o O 4 2 各级荷载下测点的挠度实测值 各级荷载下测点的挠度实测值见表 5 。 表 5 各级荷载下测点 的挠度值 T a b l e 5 T h e d e fl e c t i o n o f me a s u r i n g p o i n t u n d e r a l l l e v e l s o fl oa ds mm 以测点 3和测点 4的挠度平均值作为跨中节点 的挠度 ， 计算结果见 表 6 。由于屋面结构整体性的 影响， 第一级荷载下挠度偏小 ， 第二级荷载开始 ， 荷 载作用下挠度的发展呈现规律性 ， 第五级荷载下刚 度有突变， 而第六级荷载下刚度又有增加 ， 应是第五 级荷载下克服了屋面结构等的阻碍， 第六级荷载开 始屋架刚度逐渐减小， 第六级荷载差不多相应于屋 面荷载标准值换算节点荷载的最后一级荷载 。 表 6 各级荷载 下跨 中节点的挠度值及荷载挠度增量E 匕 Tab l e 6 nI e de fle c t i o n a nd r a t i o o f i nc r e me nt al l o ad t o i nc r e m e nt al de fle c t i o n o f mi d- s pa n no de unde r I l e ve l s of l oa d s 堡 丝堑 1 0 o 2 o 0 3 o o 4 o o 5 o o 6 0 o 7 o o 8 O O 0 挠度值 mm0 0 1 80 3 4 5 0 5 3 30 7 0 31 0 3 01 2 3 81 4 7 51 7 2 3 0 9 5 5 A N A f 5 8 0 5 3 3 S 8 g 3 0 5 4 g 2 4 2 1 4 0 4 4 3 标准荷载下跨中节点短期挠度实测值 前期 已经施加 的换算 下弦节 点荷载 为 2 7 5 0 k N， 加载装置荷重 1 5 0 k N， 以前4级荷载下屋架有 效刚度的平均值推算的前期荷载下屋架的短期挠度 为 5 1 1 5 I i l I n ， 则屋面荷载标准值换算节点荷载作用 下跨中节点挠度实测值为 6 3 5 3 m lT l 。考虑各种因 数该加载图式下挠度修正系数近似取 1 0 ， 则 屋面 荷载标准值 作用下 ， 跨 中节点 短期挠 度实测值 为 6 3 5 3 mm。 屋架跨中节点短期挠度实测值远小于理论计算 值， 主要是由于计算简图与实际有误差， 实际屋架节 点界于铰接和刚接之间。支座也并非简支 ， 受到墙 体的约束。试验屋架还受到屋面结构的影响。 4 4 跨中节点长期挠度值 屋架的长期挠度值可按下式计算 ： Q l ( 1 )+Q 。 式中o 构件长期挠度值 ( m i l 1 ) ； o ： 在正常使用试验荷载下构件短期挠度 实测值( mm) ， 口 c _ 6 3 5 3 m m； 0 考虑荷载长期效应组合对挠度增大的 影响系数 ， 对屋架可取 0= 2 0； Q = 6 3 0 k N m Q l = 6 0 5 k N m 。 代入公式 ， 得 ： 口 c =1 2 4 5 4 1T I T I 芋 = L_ ，满 足 要 求 。 4 5 标准荷载下屋架的裂缝 观察各级荷载下屋架混凝土杆件 的开裂情况 ， 除原有破损外 ， 未发现有新增裂缝出现。 5 试验 结论 根据 G B 5 0 1 5 29 2 混凝 土结 构试验 方法标 准 、 G B 5 0 2 0 42 0 0 2 混凝土结构工程施工质量验 收规范 及设计单位的要求， 对剧场混凝土拱形薄 板屋架进行现场荷载试验。根据试验结果得出如下 结论 ： 在正常使用状态下， 屋架的结构性能可以满足 规范和设计要求。 通过对混凝土拱形薄板屋架进行非破坏性现场 荷载试验， 可以全面检验其结构性能， 是 比较可行且 可靠的方法 ， 试验结果可以为改造设计提供依据 ， 为 今后此类工程问题 的解决提供 了途径。 参 考 文 献 ： 1 姚振纲 ， 等 建筑结构试验 M 上海 ： 同济大学 出版社 ， 1 9 9 6 2 G B 5 0 1 5 2 9 2混凝土结构试验方 法标准 s 北 京： 中国建筑 工业 出版社 ， 1 9 9 2 3 唐益群， 等 土木工程测试技术手册 M 上海： 同济大学出版 社 ， 1 9 9 9 加 m ： 合 l 2 5 5 6 8 9 O 3 O 0 O O O O O 1 O 一 一 一 一 一 一 一 一 一 m 3 3 5 9 1 5 5 8 1 O O O O 1 1 l 1 l 一 一 一 一 一 一 一 一 一 5 O O 5 5 O O O 5 鹅 吣钾 鼹 O O 0 O O 1 1 1 O 一 一 一 一 一 一 一 一 一 0 5 O 5 5 5 5 0 5 订 曲 铝 叭 O O O O l 1 1 1 1 一 一 一 一 一 一 一 一 一 O 5 O 5 5 5 5 O 5 ； 。 吣蚍 O O 0 O 0 l 1 2 O 一 一 一 一 一 一 一 一 一