可靠性鉴定的另一法宝—荷载试验

《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-2015）第5.1.3条规定：当需要通过荷载试验评估结构构件的安全性时，应按照现行有关标准执行。当检验结果表明，其承载能力符合设计和规范规定时，可根据其完好程度，定为a_u级或b_u级。承载能力不符合设计和规范规定，可根据其严重程度，定为c_u级或d_u级。某些情况下，由于混凝土强度、配筋无法检测，或构件节点情况无法查勘，均可采用荷载试验评估构件的安全性。采用荷载试验可以直观的检查构件的安全情况，发现复核验算无法观察到的问题。荷载试验的准备工作较多、加载测量耗时较大，需要有丰富的工程经验和试验能力。

《混凝土结构试验方法标准》GB/T 50152-2012、《混凝土施工质量验收规范》GB50204-2015附录B、《建筑结构检测技术标准》GB/T50344-2019第4.8节，对荷载试验方法均有详细的论述。既有结构构件的荷载试验，通常采用原位加载试验，主要分为使用状态试验和承载力试验。使用状态试验根据正常使用极限状态的检验项目验证或评估结构的使用功能，检验项目包括构件挠度和裂缝，试验最大加载限值一般采用准永久组合；承载力试验主要是通过构件达到承载力标志时的加载系数验证或评估结构的承载能力，承载力标志主要包括挠度、裂缝宽度、受拉主筋拉断、受压混凝土压碎、出现剪切裂缝等，最大加载限值宜取承载力状态荷载设计值与结构重要性系数乘积的1.6倍。

相比试验台加载，原位荷载试验无法提供可靠的反力装置，宜优先采用重物加载，包括铁块、混凝土块、砖块、沙袋、水箱等。重物加载更有利于控制分级加载控制重量，同时可防止一次性加载出现的危险状况。重物加载较难实现集中荷载、线荷载的加载，往往是面荷载的加载。因此，对于梁、柱构件的荷载试验，应在其从属面积内施加均布荷载。

由于荷载试验加载环节较为复杂，不同的试验对象、试验环境、试验目的往往对应不同的试验方法，有时还必须结合有限元计算相互印证。前期加载方案的编制显得特别重要，加载方案中应包含测点布置、最大加载限值计算、挠度和裂缝宽度允许值计算、加载系数计算等。当需测量构件应变，还应进行有限元分析获取不同荷载下的应变值。

 

图1  试块加载示意图

  

图2  散体加载示意图

 

图3  水箱加载示意图

结构试验开始前应进行预加载，检验仪表及加载设备是否正常，并对仪表进行调零。预加载应控制在弹性范围内受力，不应产生裂缝和其它参数的残余值。对混凝土结构，一般控制在最大加载限制的5%~10%且不超过开裂荷载。

试验一般采用分级加载，达到使用状态荷载值Q之前，每级加载0.20Q；加载到极限状态承载力试验阶段时，每级加载值不应大于承载力设计值F的0.05倍，直到达到承载力标志停止试验。对需要研究恢复变形的，还应以最大试验值的20%分级卸载。每级加载持荷时间不少于5min~10min，以测量值是否稳定作为判断依据；当加载至关键节点，如准永久组合、标准组合、基本组合、1.6倍基本组合时，应至少持荷15min以上；当需测量恢复性能的，应至少在卸载12h后进行测量。

根据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-2015）第5.1.3条规定，荷载试验应能够证明承载能力符合设计和规范规定，判断标准为加载后的完好程度。该条未完全展开说明，当采用承载力试验时，需要加载到1.6倍的承载力状态荷载设计值（基本组合），可能会对构件产生的破坏，本末倒置。在能够满足建筑后续使用的安全要求的前提下，建议适当降低最大试验荷载。实际操作过程中可采用以下手段进行优化：

1、对后续仍按照现状正常使用的建筑，宜采用使用状态试验或标准组合试验；

2、对后续加固改造的建筑，可按照改造后荷载，采用使用状态试验或标准组合试验；

3、对后期使用状况改变，但改造方案未知的建筑，可加载至荷载基本组合确定构件的安全性能。

第1、2条采用使用状态试验指标判定合格，即可评定为a_u级或b_u级；后者在使用状态荷载下指标判定合格，且最大试验荷载值下未出现承载力标志，即可评定为a_u级或b_u级。上述操作过程为小编的建议处理办法，欢迎大家讨论。

某装配式建筑楼板普遍采用叠合板，施工时先采用预制楼板拼接，后浇筑混凝土面层。建成后楼板多处开裂，根据委托方要求需对楼板承载力进行评估。由于本项目的特殊性，最大荷载采用基本组合的1.6倍，同时加载过程中观测构件的挠度、应变和裂缝，挠度采用百分表观测，应变采用振弦式应变仪观测，测点沿双向板塑性铰布置，挠度观测点16个，应变观测点18个，见图4、图5。图7为加载过程中某测点的荷载-挠度曲线图，图8为加载过程中某测点荷载-应变曲线，图9为现场裂缝检测结果。试验结果如下：

1、正常使用阶段荷载作用下，拼接缝3处挠度值不满足《混凝土结构试验方法标准》（GB/T 50152-2012）中挠度允许值要求，其它测点挠度值不大于挠度允许值，裂缝宽度均小于宽度允许值；荷载-位移曲线为线性变化，叠合板处于弹性阶段。

2、在最大加载量作用下，叠合板均未出现《混凝土结构试验方法标准》（GB/T 50152-2012）第7.3.3条规定的承载力标志。说明叠合板的承载力满足设计要求。

3、随着荷载的增加，叠合板受拼接缝约束作用逐渐减弱，叠合板的荷载传递向单向板发展。第五级荷载用下，各拼接缝均出现裂缝，拼接节点出现应变突变和变形突变。此时，拼接节点基本处于失效状态。

通过荷载试验可以发现，本项目叠合板出现了和双向板不符的开裂方式，主要由于预制板拼接缝约束降低，导致叠合板各板块分别受力，产生了长向跨单向板传力的开裂方式。而加载至1.6倍的基本组合，叠合板仍未出现承载力标志，说明叠合板的承载力基本满足要求。考虑到实际项目已经出现不少开裂，应对预制板拼接缝进行加固处理。

通过上述案例可以看出，荷载试验可以发现计算难以分析的情况，更直观的找到构件的薄弱环节。同时，对无法开展现场检测且安全存疑的构件采用荷载试验可以达到事半功倍的效果，降低鉴定误判所带来的安全风险。在检测鉴定中，大家一定要用好荷载试验这个工具，对存疑或者无存下手的结构从多角度进行分析。