◎ 湖南創(chuàng)高建設(shè)有限公司 余異德

一、引 言

隨著火災(zāi)發(fā)生的頻率越來越高，作為當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的建筑結(jié)構(gòu)材料——鋼筋混凝土在受到火災(zāi)作用時,由于鋼筋和混凝土物理和化學(xué)性質(zhì)隨溫度的升高發(fā)生了一系列復(fù)雜變化導(dǎo)致材料的力學(xué)性能隨之產(chǎn)生較大的改變?；馂?zāi)對于整個結(jié)構(gòu),將引起結(jié)構(gòu)的變形增大和承載力降低,嚴(yán)重時甚至有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效發(fā)生倒塌。由于結(jié)構(gòu)的損傷受火災(zāi)影響范圍、受火溫度、持續(xù)時間及冷卻方式等許多不定因素影響，定量地得到由火災(zāi)引起結(jié)構(gòu)性能的降低程度是十分困難的，然而我們可以通過對火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件剩余強(qiáng)度進(jìn)行鑒定和檢測，獲得火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的剩余承載能力，重新評估結(jié)構(gòu)是否需要修復(fù)加固重新投入使用，抑或拆除重建提供有效的依據(jù)。

二、橋梁受火損傷鑒定方法

目前我國許多城市橋梁的橋下空間被利用起來作為民用或商業(yè)用房，導(dǎo)致近年來各地經(jīng)常出現(xiàn)許多橋梁發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致橋梁受到一定程度的損傷，必須對遭受火災(zāi)的橋梁受損程度進(jìn)行科學(xué)而準(zhǔn)確的鑒定，給出相應(yīng)的維修加固措施，使橋梁能夠恢復(fù)到正常使用要求。我國《火災(zāi)后混凝土構(gòu)件評定標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ08-219-96）和《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（CECS252:2009）建議對火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)的剩余性能進(jìn)行以下三個方面的檢測鑒定：

（1）結(jié)構(gòu)外觀檢查

現(xiàn)場勘察對火災(zāi)影響范圍內(nèi)的混凝土顏色改變、表面裂縫、保護(hù)層脫落、鋼筋外露等情況，并采用全站儀對結(jié)構(gòu)的變形程度（如撓度，裂縫等）進(jìn)行測量，初步估計火場燃燒溫度。

（2）材料強(qiáng)度鑒定

在火災(zāi)影響的區(qū)域，采用以下兩種方法對結(jié)構(gòu)中具有典型代表的構(gòu)件進(jìn)行混凝土材料與鋼筋進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測鑒定：

①鉆芯法檢測

鉆芯法是現(xiàn)行混凝土強(qiáng)度檢測方法中較為精確的方法，能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度，其檢測結(jié)果作為校核其他檢測方法結(jié)果的基準(zhǔn)；但對結(jié)構(gòu)具有一定的破壞作用，因此利用鉆芯法檢測時，鉆芯位置應(yīng)選在對結(jié)構(gòu)影響較小的位置，避免對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。鉆芯法是現(xiàn)場鉆取標(biāo)準(zhǔn)芯樣（直徑100mm或150mm，高徑比為1.0）然后在萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行混凝土強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)；對于鋼筋則應(yīng)在受火區(qū)域構(gòu)件中截取不小于20cm長度，然后在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度以及延伸率等試驗(yàn)。

②回彈法檢測

混凝土在受到火災(zāi)高溫影響后由于火災(zāi)中溫度場的傳導(dǎo)不均勻，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外達(dá)到的溫度不一致，從而使得材料的疏松程度不同其表層會出現(xiàn)裂縫和疏松現(xiàn)象，使得回彈值出現(xiàn)偏高現(xiàn)象，此時應(yīng)對其進(jìn)行修正得到火災(zāi)后混凝土真實(shí)的抗壓強(qiáng)度。

(3)承載能力檢測

火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)承載能力檢測應(yīng)該按照《公路舊橋承載能力鑒定方法》的要求，對災(zāi)后橋梁重新進(jìn)行動、靜荷載試驗(yàn)以確定其剩余的承載能力。該方法主要是通過模擬真實(shí)的車載運(yùn)行情況對橋梁實(shí)施動載和靜載試驗(yàn)，并采用動態(tài)和靜態(tài)應(yīng)變儀對橋梁中受損嚴(yán)重的的跨孔與鄰近跨孔跨中最大正彎矩以及支座最大負(fù)彎矩截面的應(yīng)力分布進(jìn)行檢測，同時測量跨中撓度大小，以此判斷該結(jié)構(gòu)的剩余承載能力和剛度火災(zāi)后是否繼續(xù)滿足橋梁原設(shè)計要求，若存在較大的衰減，必須對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的加固維修以滿足后期結(jié)構(gòu)繼續(xù)使用的安全。

三、某橋火災(zāi)后損傷檢測加固分析

某橋分南、北半幅兩座獨(dú)立的橋，全長約400m，橋梁基礎(chǔ)為人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，橋身結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。南半幅箱梁東向第3跨孔由于橋下建筑發(fā)生火災(zāi)導(dǎo)致該跨孔箱梁底板燒損最為嚴(yán)重，橋梁底板混凝土發(fā)生脫落、酥松和鋼筋外露等現(xiàn)象。在對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了火災(zāi)后的現(xiàn)場檢測鑒定，如下所示。

(1) 結(jié)構(gòu)外觀檢查

圖1 混凝土表面附著黑色物質(zhì)

圖2 混凝土底板裂縫與露筋

由于火災(zāi)發(fā)生在第3個跨孔位置，火災(zāi)后，橋梁底板遭受大火熏燒，混凝土表面附著大量黑色物質(zhì)，并在底板上出現(xiàn)了3條短白色物質(zhì)，如圖1所示。在橋梁第3跨孔3/8～3/4跨度區(qū)域由于火燒嚴(yán)重，混凝土表面出現(xiàn)明顯的龜裂裂縫，并有大量露筋現(xiàn)象。（如圖1、圖2）

火災(zāi)帶來的高溫對混凝土材料的化學(xué)與物理性能產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的變化，結(jié)構(gòu)外觀檢查結(jié)果在一定程度上可以反映出火災(zāi)后的混凝土材料破壞特征和形態(tài)。

(2)材料強(qiáng)度鑒定

（a）鉆芯法強(qiáng)度檢測

對于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)一般在各跨的1/4跨處(即反彎點(diǎn))的彎矩最小。通常在這個位置鉆孔取樣對原有結(jié)構(gòu)損傷最小，并且能夠避開橋梁中密集的鋼筋，對結(jié)構(gòu)承載能力影響最小。檢測的結(jié)果如下表1所示。

表1檢測的結(jié)果表明，混凝土結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)影響后，混凝土表層由于燒結(jié)作用導(dǎo)致硬化，導(dǎo)致混凝土抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)增大現(xiàn)象。

（b）回彈法強(qiáng)度檢測

考慮到鉆芯法是一種有損檢測方法，一定程度上對已受損的結(jié)構(gòu)存在進(jìn)一步加劇結(jié)構(gòu)的損傷，而回彈法具有對結(jié)構(gòu)無損傷的優(yōu)勢，因此，為了全面評定火災(zāi)后橋梁混凝土的強(qiáng)度，通過結(jié)構(gòu)外觀檢查一般可以將火災(zāi)對混凝土箱梁的破壞情況分為嚴(yán)重、一般和輕微受損三種情況，分別對這三種情況以及未受損區(qū)域的混凝土進(jìn)行回彈法強(qiáng)度檢測。箱梁底板具體測區(qū)分布如圖3所示，圖中編號（×-×）第一個數(shù)據(jù)為回彈法檢測斷面的位置編號，從左至右為1～6個位置，第二個數(shù)據(jù)為回彈法檢測測區(qū)編號，從上至下為1～5個區(qū)域。（如圖3）

各測區(qū)的回彈測試數(shù)據(jù)如下表2所示：

根據(jù)表2中回彈法強(qiáng)度檢測的數(shù)據(jù)可知，在橋跨跨中位置測區(qū)1的混凝土強(qiáng)度最大，而實(shí)際上該區(qū)域使遭受火災(zāi)影響最為嚴(yán)重的位置。

通過比較鉆芯法與回彈法的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于火災(zāi)影響區(qū)域的混凝土強(qiáng)度明顯增大，與實(shí)際存在一定區(qū)別，分析其原因?yàn)椋夯馂?zāi)的高溫使混凝土表層發(fā)生燒結(jié)硬化，在實(shí)際強(qiáng)度推算中應(yīng)將此影響進(jìn)行消除得到真實(shí)的剩余強(qiáng)度。

(3) 橋梁剩余承載力檢測

對橋梁各跨孔進(jìn)行靜載試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

表中最大應(yīng)力為現(xiàn)場實(shí)測應(yīng)變轉(zhuǎn)換得到的應(yīng)力，理論值為鋼筋容許應(yīng)力185MPa。

對遭受火災(zāi)影響最為嚴(yán)重的第3橋跨進(jìn)行動載試驗(yàn)，橋梁的振動頻率為4.638Hz，根據(jù)設(shè)計資料該橋梁的第一階振動頻率為5.814Hz。實(shí)測值小于理論設(shè)計值，表示該橋梁在經(jīng)受火災(zāi)影響后的整體剛度比設(shè)計要求的整體剛度有所降低。

通過對該橋結(jié)構(gòu)外觀檢查、材料強(qiáng)度檢測和靜、動荷載試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)的進(jìn)行分析，得到以下鑒定結(jié)果和加固建議：

（1）受火災(zāi)影響最為嚴(yán)重的橋梁第3跨孔的承載能力下降程度非常大，已無法滿足橋梁原設(shè)計使用要求，必須對燒損部位進(jìn)行清理后采用粘鋼法或底部貼碳纖維法進(jìn)行加固；

（2）火災(zāi)影響的橋梁第2跨孔剩余承載能力基本可以滿足橋梁的設(shè)計使用要求，對底板部分清理并填補(bǔ)出現(xiàn)的裂縫等；

（3）火災(zāi)后橋梁的實(shí)測頻率小于理論計算值，整體剛度已不能滿足設(shè)計要求，應(yīng)對其進(jìn)行修復(fù)加固。

四、結(jié)論

本文從結(jié)構(gòu)外觀檢查、材料強(qiáng)度檢測和靜、動荷載試驗(yàn)三個方面系統(tǒng)地對遭受火災(zāi)后的橋梁的受損情況進(jìn)行了檢測鑒定，得到以下的結(jié)論：

（1）遭受火災(zāi)的橋梁，應(yīng)嚴(yán)格按照火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行鑒定，首先通過結(jié)構(gòu)外觀檢查確定火災(zāi)的影響范圍和混凝土的破壞特征，然后對火災(zāi)影響范圍的混凝土采用鉆芯法和回彈法得到其剩余強(qiáng)度，并截取部分鋼筋進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)獲得火災(zāi)后鋼筋的剩余力學(xué)性能，為后期靜、動載試驗(yàn)提供參考依據(jù)。

表1 混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度表

圖3 回彈法混凝土強(qiáng)度檢測測區(qū)布置

（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)外觀檢查和材料強(qiáng)度檢測結(jié)果，對受損較為嚴(yán)重的構(gòu)件進(jìn)行靜、動載試驗(yàn)得到結(jié)構(gòu)的真實(shí)承載能力，并作為火災(zāi)后橋梁受損程度判別的主要依據(jù)，為后期加固施工提供指導(dǎo)。

表2 各測區(qū)實(shí)測回彈混凝土強(qiáng)度（MPa）

表3 預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁靜荷載試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果統(tǒng)計表