火灾后混凝土桥梁损伤评估方法与应用.pdf
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1、第 3 7卷第 3期 2 0 1 1年 6月 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 9 5 火灾后混凝土桥梁损伤评估方法与应用 张宏 , 邵永军 ( 1 长安大学理学院, 陕西 西安7 1 0 0 6 4 ; 2 陕西高速公路工程试验检测有限公司, 陕西 西安7 1 0 0 8 6 ) 摘要: 针对桥梁火灾后损伤评估这一新课题, 参照建设部研究成果, 并结合混凝土桥梁具体特点和目前常见评估方法, 通过 具体的案例分析 , 给出混凝土桥梁火损评估的流程和方法, 为火损后 的桥梁加固设计和施工提供技术依据 , 对其他类型桥梁 火损
2、评估具有一定参考价值。 关键词: 桥梁; 火灾; 损伤评估 中图分类号: U 4 4 5 7 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 9 5 0 5 Fi r e d a ma g e a s s e s s me n t m e t h o d a n d a p p l i c a t i o n f o r c o nc r e t e b r i d g e Z H AN G H o n g S H A O Y o n g j u n ( 1 S c h o o l o f S c i e n c e , C h a n g
3、a n U n i v e r s i t y , X i a n 7 1 0 0 6 4 , C h i n a ; 2 S h a n x i E x p r e s s w a y T e s t i n g and Me a s u r i n g C o , L t d , X i a n 7 1 0 0 8 6 , C h i n a ) Ab s t r a c t : Ac c o r d i n g t o t h e r e s e a r c h r e s u l t s o f t h e mi n i s t r y o f c o n s t r u c t i
4、o n, c o mb i n e d w i t h t h e s p e c i fi c c h a r a c t e ris t i c s o f t h e c o n c r e t e b r i d g e, a p r o c e s s a n d me t h o d s wa s g i v e n i n t h i s p a p e r f o r c o mmo n c o n c r e t b ri d g e fi r e d a ma g e a s s e s s me n t , t o g e t h e r w i t h a c a s
5、e s t u d y T h e p r o c e s s a n d w h i c h C an o ff e r r e f e r e n c e v a l u e f o r b ri d g e fi r e d a ma g e ass e s s me n t I t p r o v i d e t e c h n i c a l f o u n d a t i o n f o r d e s i g n a n d c o n s t ruc t i o n i n t h e b rid g e r e i n f o r c e me n t Ke y wo r d
6、 s : b ri d g e; fi r e ; d a ma g e ass e s s me n t n _ 0 一 U 刖 吾 随着我国公路建设事业 的快步发展 , 运营桥梁 的数量得到快速增长, 与此同时 , 全国范围内关于桥 梁火损的报道也越来越多, 桥梁火灾后损伤评估也 成为桥梁运管单位需要面对的新问题 。而 目前对于 桥梁火灾后损伤评估的研究资料较少, 相关研究资 料和文献局 限于工业 与民用建 筑结 构的各类构件 ( 如梁、 柱、 板、 墙等) , 直接用来桥梁火损后评估还 存在一定 的局 限性 。因此 , 了解火灾对 桥梁损伤机 理, 结合现行检测手段对火灾后桥梁损伤程度进
7、行 评估 , 为桥梁加固提供技术参考 , 成为 目前需要急需 解决的问题。本文以某 高架桥火损评估检测为例 , 给出桥梁火灾后损伤评估 流程和检测方法 , 可作为 其他火损桥梁损伤评估 的参考 。 该高架桥为某高速公路上一座特大 型桥梁 , 上 部结构为采用不同跨径组合的预应力混凝土空心板 和预应力混凝土连续箱梁, 设计荷载等级为汽车 收稿 日期 : 2 0 1 0 -0 7 - 2 2 作者简介: 张宏( 1 9 6 4一 ) , 男 , 陕西临潼人, 副教授, 研究方向为结 构力学和桥梁检测 。 E ma i l : z h a n g h o n g-2 0 0 0 1 6 3 c o
8、m 一 超2 0级 、 挂 一1 2 0 。2 0 0 9年 月 日凌晨 3时许 , 一 辆满载汽油的油罐车途经该桥 , 因雨天路滑 , 车辆 侧翻到高架 桥护栏上 , 导致罐 体开裂 , 汽油大量外 泄 , 沿桥泄水孔流到桥下河道 中。同时, 侧翻引发火 灾, 火焰迅速蹿高直接烧灼梁体。接到报警后, 消防 部门出动干警3 0余人, 出动5辆消防车采取水淋方 式灭火 。至凌晨 5时, 明火被完全扑灭 。 1 桥梁损伤评估流程 结合 火灾后建筑结构评估标准( 报批稿) 及 桥梁结构具体情况, 作者给出火灾后桥梁结构损伤 评估流程如下 : 1 ) 查 阅原桥施工 图纸、 加 固施工 图纸 , 以往
9、定 期检查、 特殊检查及荷载试验报告等相关技术资料。 2 ) 现场初步调查 , 调查询 问火灾 过程 , 了解 火 灾起 因和部位 、 燃烧持续时间 , 特别是轰燃( 猛烈燃 烧) 的特征和时间、 火灾扑救过程等。 3 ) 观察过火部位和面积, 划分结构烧灼损伤等 级, 清绘火灾区域、 影响范围及损伤等级分布图, 推 定火场温度过程及温度分布推定, 结构内部温度推 定 , 推定过火部位混凝土、 钢筋、 预应力钢筋的强度 损失, 普通钢筋和预应力钢筋与混凝土黏结力损失 以及钢筋和混凝土弹性模量 的变化等。 9 6 四川建筑科学研究 第 3 7卷 4 ) 对火灾后结构 的整体和构件进行详细 检查
10、与检测 , 包括混凝土强度 、 碳化深度 、 烧损层厚度、 支 座损伤情况、 拉索松弛情况等指标。 5 ) 对严重烧伤孔进行荷载试验, 测定试验荷载 作用下的强度、 刚度和裂缝开展与分布情况, 综合判 定火灾后桥梁的整体承载能力 。 6 ) 根据结构和构件的烧伤等级评定结果、 结构 材料损伤推定结果 以及荷载试验结果 , 综合评定 桥 梁 的承载能力 , 提出维修加固意见和建议。 2 结构损伤评估检测方法 2 1 表观损伤检查 火灾对桥跨结构作用温度、 持续时间及分布范 围应根据结构表观状况、 火场残留物状况及可燃 物 特性、 通风条件、 燃烧扑救过程等综合分析推断。火 灾后结构构件内部截面曾
11、经达到的温度可根据火场 温度过程、 构件受火状况及构件材料特性按热传导 规律推断。 表观损伤常用检查方法如下: 1 ) 对直接暴露于火焰或高温烟气的结构构件, 全数检查烧灼损伤状况。烧灼损伤采用外观观察、 锤击回声 、 探针、 开挖探槽 ( 孔) 等手段检查 , 得到结 构各典型部位的烧疏层厚度。 2 ) 对承受温度应 力作用 的结构 构件及连接部 位 , 检查变形 、 裂损状况; 对于不便观察或仅通过观 察难以发现问题 的结构构件 , 应辅 以温度作用应力 分析判断。 3 ) 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 材料性能指标 ; 对于
12、烧灼程度特征明显 , 材料性能对 结构构件性能影响敏感程度较低 , 且火灾前材料性 能明确 , 可根据温度 场推定结构材料 的性能指标。 当根据温度场推定火灾后材料力学性能 指标 时, 宜 进行取样检验修正。 2 2混凝土强度检测 可通过 回弹修正法或者超声一 回弹修正法检测 混凝土强度。其 中回弹修正法检测流程 如下 : 首先 应将被检测构件测区内烟黑表面清洗干净并将烧损 层表面用砂纸磨平, 然后用 回弹法检测混凝土抗 压强度技术规程 进行检测, 并计算各测区的混凝 土抗压强度值。并依据 火灾后建筑结构评估标准 ( 报批稿) 参照构件受火温度、 冷却方式、 有无粉刷 以及各测区的碳化深度值计
13、算回弹修正系数 后 计算各测区火灾后抗压强度。计算混凝土构件抗压 强度评定值, 计算第一、 第二强度条件, 火灾后结构 或构件 的混凝土平均强度评 定取第一 、 第二强度条 件的最低值。 2 3 支座烧损状况检查 现场对过火部位支座的外观烧伤情况进行调查 标识 , 对严重部位进行照相 , 并挑选严重烧损支座 , 用钢锯局部破开 , 观察支座烧损深度。 2 4 拉索预应力损失检查 拉索结构在高温下将发生显著蠕变 , 为 了评价 拉索的预应力损失, 可通过索力计测试体外索的残 存索力, 通过与施工时张拉索力对比评价索的预应 力损失。具体方法如下: 将索力计吸附在拉索中点, 采集体外索在随机振动下的
14、振动信号, 并对信号进 行频谱分析, 获取前 阶自振频率。根据索力计算 公式计算索的张力, 并与设计体外索的张拉力进行 比对 , 确定体外索的预应力损失 。 2 5构件评估评级 火灾后结构构件 的初步评估评级 , 应根据构件 烧灼损伤 、 变形、 开裂 ( 或断裂 ) 程度按下列标准评 定等级 : 状态 I 轻微或未直接遭受烧灼作用, 结构材料 及结构性能未受影响, 不必采取措施 ; 状态 - 轻度烧灼 , 但未对结构材料及结构性 能 产生明显影响 , 尚不影响结构安全和正常使用 , 应采 取耐久性或外观修 复措施。一般 可不采取加 固措 施 , 必要时进行详细检测 ; 状态 中度烧灼尚未破坏
15、 , 显著影响结构材料 或结构性能, 明显变形或开裂 , 对结构安全性或正常 使用性产生不利影响, 应采取加 固或局部更换措施 ; 状态一 破坏 , 火灾中或火灾后结构倒塌或构件 塌落 ; 结构严重烧灼损坏 、 变形损坏或开裂损坏 , 结 构承载能力丧失或大部丧失 , 危及结构安全 , 必须或 必须立即采取安全支护 、 彻底加 固或拆除更换措施。 混凝土主梁、 墩柱火灾后初步评估评级可参照 建设部 火灾后建筑结构评估标准( 报批稿 ) 进行。 2 6荷载试验 静载试验测试孔选择存在严重烧伤且结构受力 不利的孔。根据 公路旧桥 承载 能力评估 办法 ( 试 行) 规定, 测试截面应选择桥梁在可变
16、荷载作用下 内力最不利的截面和烧伤较为严重截面。静载试验 工况、 加载效率和应力( 应变) 和挠度的测点布置既 要满足 公路旧桥承载能力评估办法( 试行) 规定, 也要考虑到火损桥梁地特殊情况, 满足火灾后承载 能力评定的需要, 对结构严重损伤截面应当相应增 加测试工况。加载过程严格执行分级加载 , 各级荷 载到位后待结构变形完全稳定后再测取数据 , 并将 所测的最大挠度和应变与理论计算结果进行比较, 张宏 , 等: 火灾后混凝土桥梁损伤评估方法与应用 9 7 确信安全。若检测过程中发现数据出现异常, 立即 卸掉加载车辆, 以防发生意外事故。 动载试验主要测试跑车荷载作用下结构的自振 频率测试
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