结构检测与鉴定：扁顶法实现

1)扁顶法原理

扁顶法是用特制的超薄型(厚度仅5 mm)液压千斤顶,安放在墙体水平灰缝槽口内,对墙体施压,根据开槽时应力释放、加压时应力恢复的变形协调条件,可直接测得砌体受压工作应力；通过开两条槽放两部顶测定槽口间砌体压缩变形和破坏强度,可求得砌体弹性模量,并推算出砌体抗压强度。 其工作状况如图4.5 所示。

2)适用范围

扁顶法适用于推定普通砖砌体或多孔砖砌体的受压弹性模量、抗压强度或墙体的受压工作应力。

扁顶法直观可靠,可同时测定砌体受压工作应力、弹性模量及抗压强度三项指标,但其抗压强度系经验公式推定值,受边界约束条件影响较大,设备较为复杂,且压力和行程较小,对于强度较高和变形较大的砌体难于压坏。

3)主要仪器设备

检测设备主要有扁顶、手持式应变仪和千分表等。

扁顶由1 mm 厚合金钢板焊接而成,总厚度宜为5 ～7 mm。 对240 mm 厚墙体,可选用大面尺寸分别为250 mm×250 mm 或250 mm×380 mm 的扁顶；对370 mm 厚墙体,可选用大面尺寸分别为380 mm×380 mm 或380 mm×500 mm 的扁顶。 每次使用前,应校验扁顶的力值。

图4.5　扁顶法测试装置与变形测点布置

1—变形模量脚标(两对)；2—扁式液压千斤顶；3—三通接头；4—压力表；5—溢流阀；6—手动油泵；H—槽间砌体高度；h—脚标之间的距离

扁顶、手持式应变仪及千分表的主要技术指标如表4.1 及表4.2 所示。

表4.1　扁顶的主要技术指标

表4.2　手持式应变仪和千分表的主要技术指标

4)测试部位

测试部位应具有代表性,并应符合下列规定:

①测试部位宜选在墙体中部距楼、地面1 m 左右的高度处,槽间砌体每侧的墙体宽度不应小于1.5 m。

②同一墙体上,测点不宜多于1 个,且宜选在沿墙体长度的中间部位；多于1 个时,切割砌体的水平净距不得小于2.0 m。

③测试部位不得选在挑梁下、应力集中部位以及墙梁的墙体计算高度范围内。

5)测试步骤

(1)实测墙体的受压工作应力的要求

①在选定的墙体上标出水平槽的位置,并牢固粘贴两对变形测量的脚标。 脚标应位于水平槽正中并跨越该槽；普通砖砌体脚标之间的距离应相隔4 条水平灰缝,宜取250 mm。 对多孔砖砌体应相隔3 条水平灰缝,宜取270 ～300 mm。

②使用手持应变仪或千分表在脚标上测量砌体变形的初读数。 测量3 次,并取其平均值。

③在标出水平槽位置处剔除水平灰缝内的砂浆,水平槽的尺寸应略大于扁顶尺寸。 开凿时不应损伤测点部位的墙体及变形测量脚标。 清理平整槽的四周,除去灰渣。

④使用手持式应变仪或千分表在脚标上测量开槽后的砌体变形值,待读数稳定后方可进行下一步试验工作。

⑤在槽内安装扁顶,扁顶上下两面宜垫尺寸相同的钢垫板,并连接试验油路。

⑥正式测试前应进行试加荷载试验,试加荷载值可取预估破坏荷载的10%。 检查测试系统的灵活性和可靠性,以及扁顶或钢垫板和砌体受压面接触是否均匀密实。 经试加荷载,测试系统正常后卸荷,开始正式测试。

⑦正式测试时,应分级加荷。 每级荷载应为预估破坏荷载值的5%,并应在1.5 ～2 min内均匀加完。 恒载2 min 后,测读变形值。 当变形值接近开槽前的读数时,应适当减小加荷级差,直至实测变形值达到开槽前的读数,然后卸荷。

(2)实测墙内砌体抗压强度或弹性模量的要求

①在完成墙体的受压工作应力测试后,开凿第二条水平槽,上下槽应互相平行、对齐。 当选用250 mm×250 mm 扁顶时,普通砖砌体两槽之间的距离应相隔7 皮砖,多孔砖砌体两槽之间的距离应相隔5 皮砖。 当选用250 mm×380 mm 扁顶时,普通砖砌体两槽之间的距离应相隔8 皮砖,多孔砖砌体两槽之间的距离应相隔6 皮砖。 遇有灰缝不规则或砂浆强度较高而难以凿槽时,可以在槽孔处取出一皮砖,安装扁顶时应采用钢制楔形垫块调整其间隙。

当仅需要测定砌体抗压强度时,应同时开凿两条水平槽,按下述步骤和要求进行试验。

②在上下槽内安装扁顶,扁顶上下两面宜垫尺寸相同的钢垫板,并连接试验油路。(www.xing528.com)

③正式测试前,应进行试加荷载试验,试加荷载值可取预估破坏荷载的10%。 检查测试系统的灵活性和可靠性,以及扁顶或钢垫板和砌体受压面接触是否均匀密实。 经试加荷载,测试系统正常后卸荷,开始正式测试。

④正式测试时,应分级加荷。 每级荷载可取预估破坏荷载的10%,并应在1 ～1.5 min 内均匀加完,然后恒载2 min。 加荷至预估破坏荷载的80%后,应按原定加荷速度连续加荷,直至槽间砌体破坏。 当槽间砌体裂缝急剧扩展和增多,油压表的指针明显回退时,槽间砌体达到极限状态。

⑤当槽间砌体上部压应力小于0.2 MPa 时,应加设反力平衡架后再进行测试。 反力平衡架可由两块反力板和四根钢拉杆组成。

(3)需要测定砌体受压弹性模量时尚应符合的要求

①如图4.5(b)所示,在槽间砌体两侧各粘贴一对变形测量脚标,脚标应位于槽间砌体的中部。 普通砖砌体脚标之间应相隔4 条水平灰缝,宜取250 mm；多孔砖砌体脚标之间的距离应隔3 条水平灰缝,宜取270 ～300 mm。 测试前应记录标距值,并应精确至0.1 mm。

②正式加载前,应反复施加10%的预估破坏荷载,其次数不宜少于3 次。

③按前述加荷方法进行试验,测记逐级荷载下的变形值。

④加荷的应力上限不宜大于槽间砌体极限抗压强度的50%。

(4)试验记录内容

试验记录内容应包括描绘测点布置图、墙体砌筑方式、扁顶位置、脚标位置、轴向变形值、逐级荷载下的油压表读数、裂缝随荷载变化情况图等。

6)数据分析

①根据扁顶的校验结果,将油压表读数换算为试验荷载值。

②墙体的受压工作应力,等于实测变形值达到开凿前的读数时所对应的应力值。

式中:σ0ij——第i 个测区第j 个测点槽间砌体的受压工作应力,MPa；

N0ij——第i 个测区第j 个测点槽间砌体实测变形值达到开凿前的读数时所对应的荷载值,N；

Aij——第i 个测区第j 个测点槽间砌体的受压面积,mm2。

③砌体在有侧向约束情况下的受压弹性模量,应按现行国家标准《砌体基本力学性能试验方法标准》的有关规定计算。 当换算为标准砌体的弹性模量时,计算结果应乘以换算系数0.85。

④槽间砌体的抗压强度,应按下式计算:

式中:fuij——第i 个测区第j 个测点槽间砌体的抗压强度,MPa；

Nuij——第i 个测区第j 个测点槽间砌体的受压破坏荷载值,N；

Aij——第i 个测区第j 个测点槽间砌体的受压面积,mm2。

⑤槽间砌体抗压强度换算为标准砌体的抗压强度,应按下列公式计算:

式中:fmij——第i 个测区第j 个测点的标准砌体抗压强度换算值,MPa；

ξ1ij——扁顶法的强度换算系数；

σ0ij——该测点上部墙体的压应力,MPa,其值可按墙体实际所承受的荷载标准值计算。

⑥测区的砌体抗压强度平均值,应按下式计算:

式中:fmi——第i 个测区的砌体抗压强度平均值,MPa；

n1——测区的测点数。