钢筋混凝土桥梁火灾后检测评估.pdf

7 8 世 界 桥 梁 2 0 1 4 ， 4 2 ( 5 ) 钢筋 混凝 土桥梁火灾后检测评估 黄 清 ( 1 中铁 大桥 局集 团桥 科院有 限公 司 ， 湖北 武 汉 4 3 0 0 3 4 ； 2 桥梁 结构 安全 与健康 湖北 省重 点实验 室， 湖北 武 汉 4 3 0 0 3 4 ) 摘要 ：为了制定 火灾后桥梁 的维修措施 ， 需对火灾后桥梁进行检测评 估。以某火灾后钢 筋混凝土桥梁 为背景 ， 介绍该 桥检 测评估主要 内容 。根据混凝土颜色改变 、 火灾裂缝 、 锤击反 应 、 混凝土脱 落 、 受 力钢筋 露筋 、 受力钢筋 粘结性 能及结构 变形等 方面对火灾后桥梁进行初步鉴定 。初步确定受损区域等级后 ， 采 用表观检 测法 和热分析法 相结合 的方式对火 灾温度进 行评 定 ， 采 用钻 芯法 对混凝 土强度进行测定 ， 对露筋区域的钢筋进行钢筋屈服强度测试 ， 结合各项 测定结果 ， 综合判定混 凝土及钢 筋 刚度满足设计要求 。最后为检验桥梁火灾后的承载能力 ， 对桥梁进行 了静动载试验 。 关键词 ：钢筋混凝土桥 梁 ； 火灾； 初 步鉴定 ； 火烧温度 ； 混凝 土强度 ； 静动栽试验 中图分类号 ：U4 4 5 7 1 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 7 7 6 7 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 7 8 0 5 1 引 言 近年来 随着我国公路事业 的发展， 桥梁数量不 断 增多 ， 在 既有桥 梁 的病 害报 道 中 ， 有关 桥梁火 灾 的 报 道越来 越 多 ， 火 灾 已成 为 目前发 生概 率最 大 、 损失 最 严重 的桥 梁灾 害之 一 。2 0 1 0年 7月 9日， 沈 阳工 农桥桥下失火， 造成经济损失近千万 ； 2 0 1 3年 l 1月 2 7日晚 ， 有“ 亚 洲第 一廊桥 ” 之 称 的重 庆 黔江 濯 水古 镇 风雨 廊桥 因火 灾被 烧 毁 ， 再 一 次 向世 人 警 示 了火 灾 的危 害性 。就桥 梁结 构而 言 ， 火 灾发 生后 ， 会 对 桥 梁 结构 的各类 构件 造 成 不 同程度 的损 伤 ， 从 而 影 响 桥梁结构的使用安全。因此 ， 如何做好火灾后的结 构检测工作 ， 为火灾后桥梁 的维修加固提供可靠的 依 据 ， 显 得尤 为 重要 1 。本 文 以 某火 灾 后 的 钢 筋 混 凝 土桥梁 为背 景 ， 介 绍火灾 后桥 梁检 测评估 内容 。 2桥 梁概 况 某 桥跨 径组 成 为 ( 1 8 +5 2 1 +1 8 )m， 为 等 截 面钢 筋 混 凝 土 连 续 箱 梁 ， 采 用 C 3 0混 凝 土 现 场 浇 筑 ， 受力 主 筋采 用热 轧 带肋 HR B 3 3 5钢 筋 。桥 梁 分 东 、 西 2幅 ， 2幅桥 相 互 分离 ， 且 均采 用 单 箱 双 室 箱 梁 ， 箱梁底板 宽 7 7 5 m， 两侧翼 缘宽 2 5 m， 梁 高 1 1 m。该 桥东幅第 2跨箱 梁下近年建 有 临时房 屋 ， 屋 内主要 堆放 建筑 材 料 等 。2 0 1 3年 1 O月 1 9日 1 2 ： 1 5分左右 ， 发现该桥第 2跨 箱梁下堆放的建筑 材 料起 火 ， 当天下 午 1 4 ： 3 O分 左 右 火 势得 到 基 本 控 制 。火 势得 到控 制后 ， 检测人 员对 该桥 进行 了检测 ， 确定 火灾 的影 响区 为东 幅 桥 第 1跨 和第 2跨 箱 梁 。 火灾 现 场 如 图 1所 示 ， 受 火 区箱梁 断面 布 置 如 图 2 所示 。 图 1 火 灾 现 场 2 5 0 7 7 5 2 5 0 图 2受 火 区箱 梁 断面 布 置 单位 ：c m 3 火灾 初步鉴 定 3 1区域 划分 根据 桥 梁 养护 单 位介 绍 ， 火 灾 前 曾对 桥 梁进 行 全面检测 ， 未发现梁体混凝土存在开裂及 破损露筋 现象 ， 火 灾后 发 现 的 梁 体 病 害 均 由本 次 火 灾 造 成 。 根据 火灾 现场 的检 测 情 况 ， 按 照火 灾 后 受 损 的严 重 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 一O 6 一 o 3 作者简介 ： 黄清( 1 9 6 4 一) ， 男， 高级工程师 ， 1 9 9 2年毕业于长沙铁道学院桥梁工程专业( E ma i l ： h q 6 4 2 0 0 3 1 6 3 c o rn) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 0 世 界 桥 梁 2 0 1 4 ， 4 2 ( 5 ) 度有关， 因此详细鉴定主要需对火灾温度 、 混凝土强 度及 钢筋 强度 进行评 定l 4 。 4 1 火 灾温度 评定 火灾 发展 经过 引发 期 、 旺 盛 期 、 衰竭 期 ， 具 有一 定 的规律 性 。但不 同 的结 构 空 间 、 可燃 物 的形 式及 外界环境 ， 直接影响到火灾对混凝土强度和钢筋强 度 的影 响程 度 ， 因此 火灾 后 的温 度 检测 是 极 为 重要 的 。通 常火 灾温度 评 定 的方 法 有表 观 检 测 法 、 碳 化 深 度检 测法 、 改进 后超 声 回弹综合 法 、 热分析 法及 热 释放法 等 。 该 桥 的火灾 温度评 定采 用表 观检 测法 和热分 析 法相结 合 的方 式进 行 评 定 。根 据 表 观 检 测 ， B 区域 的混凝 土表 面 为淡红 色 ， 锤 击时声 音 响亮 ， 且 留有 轻 微印痕， 推断 B区域火灾最高温度在 3 0 0 5 0 0； c区域混凝土表面为浅黄色， 且存在小面积破损露 筋现 象 ， 锤 击时 声音 发 闷 ， 锤 击 时 混凝 土脱 落 ， 推 断 该 区域火 灾最 高温度 在 5 0 0 7 0 0 。在 B区域 和 C区域 各选 取 l组试 块进行 热分 析 ， 分析 结果 表 明 ， B区域 的混凝 土试 块在 3 0 0左右 对应 水泥 水化 产 物水 化铝 酸 三钙 脱 水 ， 质量 损 失 约 1 5 0 ； 未 发 现 4 5 0 对 应氢 氧 化 钙分 解 ， 推 断 B区域 火 灾 最 高温 度介 于 3 0 0 4 5 0 ， 或 温度 超过 4 5 0 ， 但 持续 时 间较 短 。C区域 的混 凝土 试块 在 4 5 0左 右对 应 的 氢 氧化 钙分 解 ， 质量 损 失 约 1 8 4 ； 未 发 现 7 3 0 对应 碳酸 盐 分 解 ， 表 明 C 区 域 火 灾 最 高 温 度 介 于 4 5 O 7 3 0 ， 或 温度超 过 7 3 0 ， 但 持续 时 间较短 。 火 灾后 结 构 材料 的性 能可 能 发 生 明显 改 变 时 ， 通 过对典 型结 构构 件取样 检 验或模 拟试 验确定 材料 的性 能指 标 。该桥 火灾后 的检测 主要对 混凝 土强度 和 钢筋强 度进 行 了取样 检验 。 4 2混凝 土强度测 定 火灾 后 的混凝 土强 度测 定主要 有改 进后 的超声 回弹综合法l 6 、 逐层 回弹法和钻芯检测法 。其中取 芯 法是 混凝 土现场 检 测 中公认 的较 精 确 的方 法 ， 是 校 核其 它检测 方法 的基 准_ 7 。该桥混 凝 土强度 检 测 时对 A、 B、 C等 3个 区域各钻取 1组芯样进行混凝 土 强度 检测 ， 检测 结果 如表 2所示 。 表 2混 凝 土 强 度 测 试 结 果 4 3 钢筋 强度 测定 火 灾后 钢材 性能 变化 直接影 响 到结构 构件 的承 载 能力 ， 因此 确 定构 件 中钢 筋 的材 料 性 能变 化 是 现场 检测 的 一项 重 要 工 作 。考 虑 到 该 桥 仅 在 C 区 域 出现 了钢筋露 筋现 象 ， 在 B区域 、 C区域 未露 筋 区 和 C区域露筋 区各截取 1组钢筋对钢筋 的屈服强 度进 行测试 ， 测 试 结果 如 表 3所示 。从 表 3中可 以 看 出 ， B区域和 C区域 未 露 筋 处 的钢 筋 屈 服强 度 均 满 足设计 要求 ， 但 C区域 露 筋处 的钢筋 屈 服 强度 略 低 于设计 值 。这 主要是 由于未 露筋 处 的钢 筋受 混凝 土保护层 的保护， 且钢筋混凝土结构表面的砂浆保 护 层也 可 以 降 低 混 凝 土 构 件 的 内部 升 温 。在 火 灾 中 ， 混凝 土未 露筋 处 因混 凝 土 保 护层 和 表 面 砂浆 的 保 护 ， 钢 筋所 受 的温 度未 达 到 其 晶格 结 构 变 化 的温 度 ， 钢筋 力学性 能 基 本 无 变化 。而露 筋 处 的钢 筋 由 于失去了混凝土的保护作用， 钢筋在高温下其晶格 结 构发 生改 变 ， 屈 服强度 降低 。 表 3钢筋 强度 测试 结果 4 4 火灾详 细鉴 定结果 结合火灾温度评定 、 混凝土强度及钢筋强度测 试结果 ， A 区域 、 B区域 及 C 区域 未露 筋处 的混凝 土 强度及 钢筋 刚度 均能 满 足设 计 要求 ， 而 c区域 露 筋 处 的混 凝 土刚度 和钢 筋强度 均有所 降低 。为检验 桥 梁火 灾后 的承载 能力 ， 需进 行荷 载试验 。 5静动载 试验 桥梁 静动载 试验 是评 定桥梁 性 能和承 载能力 的 主要 手段 。该桥 荷 载试 验 时 ， 选 取 火 灾 受损 严 重 的 东 幅桥第 2跨作 为 主要测 试对象 ， 同时 ， 选取 西 幅桥 第 2跨进 行对 比测 试 。应 变 测试 断 面 选 取 C 墩 墩 顶支 点断 面 ( 1 1断 面 ) 、 第 2跨 1 4跨 附 近 断 面 ( 2 2 断 面) 及第 2 跨 跨 中断 面 ( 3 3断面 ) ， 由于该 桥 为钢筋 混凝 土结 构 ， 测 试 时 在各 测 试 断 面底 板 布 置 2个钢筋应变测点。在布置应变测点 的同时 ， 在 第 2跨跨 中断 面 布 置挠 度 测 点 。另 外 ， 在 试 验跨 跨 中布置竖 向拾 振器 ， 测试桥 梁 的 自振 频率 。 静 载试 验 共采 用 6辆 三轴 载 重 汽车 进 行加 载 ， 加 载效率 控制 在 0 9 5 1 ( ) ( ， 各 况 的测 试 结果 如 表 4所示 。从 表 4中可 以看 出 ， 在各 试验 工况 下 ， 东 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢筋混凝土 桥梁 火灾后检测评估 黄 清 8 1 幅桥第 2跨 ( 火灾受损桥跨) 和西幅桥第 2跨 ( 未遭 受 火灾 ) 的承载 能力 均能 满 足设计 要 求 ， 但 相 比未遭 受 火 灾 的桥 跨 ， 东 幅桥第 2 跨 的抗 弯 强度 、 抗 弯刚度 及 整 体动 力性 能均 有所 降低 。 表 4静动载试验测试 结果 对象 工况 注 ： 表中钢筋应变校验系数为 2个钢筋应变测点的实测校验系数 的平均值 。 6桥 梁加 固建 议 综 合 分 析桥 梁 火 灾 后初 步 鉴 定 、 详 细 鉴 定及 荷 载试验结果 ， 火灾后桥梁整体工作性能较好 ， 但桥梁 局 部受 损严 重 。从 安 全 性 和 耐 久性 角度 来 考 虑 ， 建 议 对 A 区域 ( 初 步鉴 定 为 级) 的混 凝 土凿 除受 火 面保护 层 混 凝 土 ， 采 用 自密 实 昆凝 土 进 行 置 换 ； 对 B、 C区域 的混凝 土 ， 在 采 用 自密 实 混 凝 土 置 换 混凝 土 保护 层后 ， 采 用粘 贴钢 板 的方式 进 行加 固 。 7 结 语 钢筋 混 凝 土 结 构受 火 损 伤 后 ， 混凝 土 和钢 筋 的 力学性 能均发 生 了 一定 的变 化 ， 火 灾 后 采 取 合 适 的 检 测方 法 对火 灾后 桥梁 的 实际状 况 进行科 学 的检 测 评 估 ， 为 桥梁 的维 修 加 固提供 合 理 的建 议 是 摆 在 桥 梁检 测 工作者 面前 的一 个新课 题 。本 文结合 钢筋 混 凝 土结 构受火 损 伤 的特 点 ， 对 火 灾 后 的桥 梁 进 行 了 初 步鉴 定 ， 对 火灾 受 损 较严 重 的部 位进 行 了火 灾 温 度 、 混凝 土强 度及 钢筋 强度 的详 细鉴定 ， 并将 火灾 受 损 桥跨 与未 遭受 火 灾 的桥 跨 进 行 对 比测 试 ， 对 火 灾 后桥 梁 的承 载能 力进 行 了评 定 ， 为 合 理地 提 供 加 固 建 议 奠定 了基 础 。该 桥 已于 2 0 1 3年 年 底 按加 固建 议 进行 了维 修 ， 并 于 2 0 1 4年 元 月重 新 投入 运 营 ， 目 前 桥梁 结构 运 营正常 。 参 考 文 献 ： E l i陈呜 ， 邵永治 ， 应建敏 ， 等加载火烧 后 的钢 筋混凝 土 梁受力 性 能 的试 验研 究 J 浙 江 大学 学 报 ， 1 9 9 3 ， 2 7 ( 4)： 4 79 48 5 2 孙大松 ， 缪 长青 ， 李枝军 ， 等预应力 混凝土板 桥火 灾后 的试验与评价 J 市政技术 ， 2 0 0 7 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 4 6 2 4 8 3 王 国辉 ， 项 凯某 预 应 力混 凝 土桥 梁火 灾 损伤 评 估 J 消防理论研究 ， 2 0 1 2 ， 2 9 ( 3 ) ： 2 1 9 2 2 3 4 张宏 ， 邵永 军火灾后 混凝土桥 梁损伤评估 方法 与应 用 J 四川建筑科学研究 ， 2 0 1 1 ， ( 3 ) ： 9 5 9 9 5 熊 伟 ， 李耀庄 ， 严加 宝 ， 等火灾 作用下 钢筋混凝 土梁 温度场数值模 拟及试验 验证E J 中南 大学 学报 ， 2 0 1 2 ， 43( 7)： 2 8 38 2 843 6 宋瑞 明超声 回弹综合法检测火灾后混凝土强度计算方 法 的讨论J- j 混凝土 ， 2 0 1 1 ， 2 5 8 ( 4 ) ： I 1 8 1 2 0 ， 7 陆州导 ， 苏磊火 灾后 混凝土 结构检测 的方法 与发展 探讨 J 结构工程师 ， 2 0 1 0 ， ( 1 ) ： 1 3 1 1 3 6 E s 奚勇火 灾受损 桥 梁 的检测 与评 估 J 世 界桥 梁 ， 2 0 0 7， ( 4 )： 6 2 6 5 E g 吴 巨贵， 王斌 ， 纪诚 南京 长江大桥 双曲拱桥 火灾后 结 构分 析与加固I- J 世界桥梁 ， 2 0 0 9 ， ( 2 ) ： 6 1 6 4 1 O 刘其伟 ， 邓祖华 ， 赵佳 军火 灾下混凝 土桥墩仿 真分析 E J 桥梁建设 ， 2 0 0 9 ， ( 1 ) ： 7 0 7 3 I n s p e c t i o n a n d Ev a l u a t i o n o f Re i nf o r c e d Co n c r e t e Br i d g e s a f t e r Fi r e Di s a s t e r s Hu a n g Qi n g 。 ( 1 Br i d g e S c i e n c e Re s e a r c h I n s t i t u t e Lt d ，Ch i n a Ra i l wa y Ma j o r B r i d g e En g i n e e r i n g Gr ou p，W u ha n 4 30 03 4，Chi na；2Ke y La bo r a t o r y o f Br i d ge St r uc t u r e Sa f e t y a nd He a l t h o f Hub e i Pr ov i n c e，W u ha n 4 30 03 4，Chi na ) Ab s t r a c t ：I n or d e r t o ma ke r e ha bi l i t a t i o n m e a s u r e s f or br i d ge s a f t e r f i r e d i s as t e r s ，t he b r i dg e s mus t be i n s p e c t e d a n d e v a l ua t e d f i r s t A r e i nf or c e d c onc r e t e b r i dg e a f t e r a f i r e d i s a s t e r i s t a k e n a s t h e s t u d y b a c k g r o u n d Th e c o n t e n t s o f b r i d g e i n s p e c t i o n a n d e v a l u a t i o n a r e i n t r o d u c e d By j u d g i n g 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 2 世 界 桥 梁 2 0 1 4， 4 2 ( 5 ) t he c h a ng e o f t he c on c r e t e c o l o r，c r a c k s c a u s e d b y f i r e，h a mm e r i ng r e a c t i o n，c o nc r e t e s p a l l a t i on， l o a d b e ar i ng r e i n f o r c e me nt e x po s ur e，b i nd i ng pr o pe r t y of l o a d b e a r i n g r e i nf or c e me n t a n d s t r uc t ur a l d e f o r ma t i o n，t h e b r i d g e c o n d i t i o n a f t e r a f i r e d i s a s t e r wa s r o u g h l y i d e n t i f i e d W h e n t h e g r a d e o f d a ma g e d r e g i o ns we r e i n i t i a l l y de t e r mi ne d，t he v i s ua l i n s p e c t i o n a n d t h e r ma l a na l y s i s we r e s uc c e s s i v e l y do n e t o e v a l u a t e t he t e mpe r a t ur e o f t he f i r e。t he c o r e dr i l l m e t ho d wa s us e d t O m e a s u r e t he s t r e n gt h o f c on c r e t e，a nd t h e yi e l d s t r e ng t h o f r e i n f o r c e me nt i n t he r e i nf o r c e me nt e x po s ur e r e g i on we r e t e s t e d I t wa s c o nc l ud e d f r o m t he r e s ul t s o f a l l t he a f o r e me nt i on e d t e s t s t ha t t he s t r e ng t h o f t he c on c r e t e a nd t he s t i f f n e s s o f t he r e i n f o r c e m e nt c o ul d m e e t t he d e s i g n r e q u i r e me nt s At 1 a s t 。t he s t a t i c a nd d y na m i c t e s t s we r e do ne t o i ns pe c t t he l oa d be a r i ng c a pa c i t y o f t he b r i dg e a f t e r a f i r e di s a st e r Ke y wo r d s：r e i n f o r c e d c onc r e t e b r i dg e；f i r e d i s a s t e r ；pr e l i m i n a r y i d e nt i f i c a t i on；f i r e t e mpe r a t u r e；c o nc r e t e s t r e ng t h；s t a t i c a nd d yn a mi c t e s t s ( 编辑 ： 赵兴雅 ) ， l l l ， ， m， ， ， ， ， l ， l l ， l ， ， l ， ， ， l l l l ， ， ， ， ， m ， ， m m， ， m， ， m， ， 欢迎订 阅 2 0 1 5年度 世 界 桥 梁 世 界 桥 梁 是 中文 核心 期刊 、 中国学术期 刊综 合评 价 数据 库 统计 源期 刊 、 中国核 心期 刊 ( 遴 选 ) 数据 库 收录期 刊 、 中 国学 术期 刊 ( 光 盘版 ) 入编 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