趙廣輝，吳 磊，劉 佳，原義偉

（1.昆山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 昆山 215337；2.蘇州科技大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215011；3.建研院檢測中心有限公司，北京 100013）

0 引言

火災(zāi)后對預(yù)制裝配式框架架構(gòu)進(jìn)行快速的損傷檢測是進(jìn)行損傷評估鑒定評級的重要基礎(chǔ)工作。楊斌等［1］引用鋼筋斷后伸長率為修正量優(yōu)化了火災(zāi)后鋼筋剩余強度計算公式，推導(dǎo)出檢測鋼筋剩余強度的簡化計算式，并對高溫冷卻后的鋼筋強度檢測試驗結(jié)果進(jìn)行力學(xué)參數(shù)處理，得到試樣強度檢測計算式，提供了火災(zāi)后鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)檢測鑒定可靠的鋼筋強度檢測方法。李哲［2］通過對混凝土柱損傷檢測得到，表觀檢查法、中性化深度法用于初步定性分析，燒失量法結(jié)合鉆芯法能準(zhǔn)確定量地確定構(gòu)件燒損深度。宋瑞明等［3］研究了火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)的溫度場判定以及鋼筋和混凝土強度檢測方法。根據(jù)目前已有可知，火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷檢測只采取單一方法檢測出的損傷結(jié)果具有較大的誤差，極大影響損傷評估鑒定評級的精確性。在實際工程應(yīng)用中往往采取綜合法進(jìn)行相關(guān)損傷檢測。本文將總結(jié)已有梁柱連接節(jié)點受火溫度推定、高溫后節(jié)點混凝土損傷檢測、節(jié)點鋼筋及鋼筋與混凝土間粘結(jié)力的損傷檢測方法，提出高溫后預(yù)制裝配式框架梁柱連接節(jié)點損傷的綜合檢測方法。

1 節(jié)點受火溫度推定方法

1.1 紅外熱像檢測技術(shù)［4］

紅外熱像檢測技術(shù)其原理主要是利用物體原子振動產(chǎn)生輻射紅外線進(jìn)行相關(guān)檢測，把來自目標(biāo)的紅外熱輻射直觀地轉(zhuǎn)變?yōu)闊釄D像，不僅可以觀察出構(gòu)件表面受火溫度，還可以確定構(gòu)件表面的溫度分布梯度，以此來推定構(gòu)件表面狀態(tài)和缺陷。根據(jù)紅外熱輻射所形成的不同特征的熱圖像可以直觀地通過分析，進(jìn)而確定受火構(gòu)件的損傷情況。

紅外熱像檢測技術(shù)的優(yōu)勢在于對溫度場的現(xiàn)場檢測較為精確，可以很直觀且很詳細(xì)地檢測出構(gòu)件受火溫度，從而也為之后關(guān)于構(gòu)建損傷的其他檢測和損傷計算提供精確的溫度場分布數(shù)據(jù)，提高損傷檢測和損傷評估的準(zhǔn)確性。同時，紅外熱成像檢測技術(shù)不僅能夠?qū)?jié)點的受火溫度進(jìn)行檢測，而且能夠很全面地反映整個構(gòu)件和整個結(jié)構(gòu)的受火溫度和溫度場分布情況。

紅外熱成像技術(shù)檢測的劣勢在于利用此項技術(shù)檢測需要在火災(zāi)發(fā)生時身處現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)儀器的操作，這個過程伴有一定的危險性。同時，由于建筑物火災(zāi)在火災(zāi)發(fā)生的同時也會伴隨著滅火過程，一些滅火材料及消防措施例如水和泡沫的存在會影響檢測結(jié)果，以及紅外熱成像技術(shù)無法僅為了對火災(zāi)后構(gòu)建損傷檢測而大面積推廣應(yīng)用，在檢測時效性上存在著一定的不足。在實驗室條件下可考慮采用這項檢測技術(shù)，在實際工程應(yīng)用中應(yīng)用的相關(guān)條件并不具備。

1.2 根據(jù) ISO-834 標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線推定［5］

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線推定受火溫度是常規(guī)溫度場推定方法，通過對火災(zāi)后的現(xiàn)場勘查，了解火災(zāi)發(fā)生過程、持續(xù)時間、結(jié)構(gòu)特點、現(xiàn)場通風(fēng)條件、滅火消防措施等方面的信息。

標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線法推定受火溫度的優(yōu)勢在于可以直接通過簡單的現(xiàn)場調(diào)查進(jìn)而通過公式計算在災(zāi)后評估時快速確定構(gòu)件受火溫度。

標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線法推定受火溫度的劣勢在于一般情況下，等效爆火時間無法準(zhǔn)確確定，通常在計算過程中采用實際受火時間代替等效爆火時間。同時，利用公式計算出的構(gòu)件受火溫度存在著較大的誤差，從而會影響損傷評估結(jié)果。

1.3 根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場殘留物推定［6］

高溫會使得構(gòu)建材料發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，火災(zāi)后，殘留的構(gòu)件會表現(xiàn)出不同的狀態(tài)，通過火災(zāi)現(xiàn)場勘查殘余構(gòu)件以及殘留物品，對照殘留物品的變態(tài)溫度、軟化點溫度或燃點溫度大致推算出此區(qū)域內(nèi)的受火溫度。此方法通過已燒毀物品的變態(tài)溫度推定此區(qū)域內(nèi)受火的最低溫度，通過未燒毀物品的變態(tài)溫度推定此區(qū)域內(nèi)受火的最高溫度［3］。

火災(zāi)現(xiàn)場殘留物推定溫度法的優(yōu)勢在于通過火災(zāi)后現(xiàn)場勘查不同殘留物品的狀態(tài)，通過殘留物狀態(tài)對應(yīng)物品的變態(tài)溫度或燃點溫度，從而能夠較為準(zhǔn)確地推定某一區(qū)域的受火溫度，通過對火災(zāi)現(xiàn)場進(jìn)行區(qū)域劃分，從而對不同區(qū)域的受火溫度進(jìn)行推定，再進(jìn)行匯總，能夠準(zhǔn)確地對發(fā)生火災(zāi)的大型建筑物進(jìn)行溫度場分布及受火溫度確定。

火災(zāi)現(xiàn)場殘留物推定溫度法的劣勢在于在火災(zāi)過程中伴隨著消防工作的展開，部分物品在高溫狀態(tài)和急劇降溫的共同作用下，產(chǎn)生了與高溫狀態(tài)不同的狀態(tài)變化，從而會導(dǎo)致溫度判定產(chǎn)生誤差，影響受火溫度判定的精確性。

2 節(jié)點混凝土損傷檢測方法

2.1 超聲波法［7］

超聲法是利用超聲波脈沖在受火構(gòu)件中傳播，在火災(zāi)后可利用超聲脈沖法對受損構(gòu)建進(jìn)行檢測，可以詳細(xì)地了解構(gòu)件開裂、受損情況，同時，超聲波法的優(yōu)勢在于可以準(zhǔn)確地測定燒損層厚度。常用的超聲波法有平測法與對測法兩種。

2.1.1 平測法

平測法是將發(fā)射和接受換能器都置于構(gòu)建的同一側(cè)面，在檢測時將接受換能器耦合好后保持不動，發(fā)射換能器依次移動，增大距離。根據(jù)相應(yīng)的聲時值來測試出未損傷層聲速、受損層聲速、聲速突變時的距離，以這 3 個參數(shù)來計算出燒損深度。

2.1.2 對測法

對測法的測試操作如圖 1 所示。分別通過檢測測出超聲波脈沖在受損層和未受損層中的波速，并測量出發(fā)射和接受換能器之間的距離和超聲波脈沖在混凝土中的傳播時間。

圖1 對測法示意圖

在實際火災(zāi)中，由于構(gòu)件同一側(cè)面及構(gòu)件兩面燒損厚度也不一定相等，因此實際上不太可能存在嚴(yán)格的燒損與未燒損臨界面，因此適用超聲波法檢測及利用公式推導(dǎo)計算出的燒損深度可能會與實際情況存在較大誤差。同時，超聲波脈沖法在實際應(yīng)用過程中也會受材料的較大影響，例如構(gòu)件的配筋、混凝土含水率、高溫?zé)嵝?yīng)等。同時，超聲波脈沖法檢測混凝土損傷對構(gòu)件表面平整度有一定的要求。

在實際工程應(yīng)用中，超聲法對損傷的識別鑒定存在著一定的主觀性，操作者往往會根據(jù)個人經(jīng)驗通過時域中的超聲信號判斷給出帶有較強主觀性的損傷判斷。

2.2 回彈法［7］

回彈法是利用測定火災(zāi)后混凝土的表面硬度來推定剩余強度?；貜椫凳菑椥宰冃阅芘c彈性能量的比值，目前使用回彈法對火災(zāi)后受損構(gòu)件混凝土損傷的檢測主要應(yīng)用于測定混凝土受火的平均深度。采用回彈修正系數(shù)檢測火災(zāi)后混凝土的抗壓強度前首先要將構(gòu)件表面清洗干凈并將燒損層表面打磨平，再進(jìn)行回彈。

回彈法局限性在于其反應(yīng)深度不超過 30 mm 的表面硬度。同時在火災(zāi)后，構(gòu)件表面混凝土?xí)霈F(xiàn)剝落現(xiàn)象，因此火災(zāi)后利用回彈法測量混凝土損傷也會產(chǎn)生一定的誤差。

2.3 取芯法［8］

取芯法是在構(gòu)件上直接鉆取混凝土圓柱形樣芯進(jìn)行抗壓強度試驗，通過試驗測得的抗壓強度推定混凝土抗壓強度來評估損傷程度，鑒定損傷等級。在取芯時需考慮到取芯對火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，可適當(dāng)考慮先做簡易加固措施再進(jìn)行取樣，同時也要確保取得的樣芯具有質(zhì)量代表性。取芯前應(yīng)通過鋼筋位置探測器探測出構(gòu)件中鋼筋位置，以確保在取芯過程中避開鋼筋。

取芯法的優(yōu)點在于直觀、準(zhǔn)確、代表性強，也是火災(zāi)后對構(gòu)件進(jìn)行損傷檢測必須要有的破損檢測方式?；馂?zāi)后受損構(gòu)件的無損檢測都或多或少地存在著各種誤差和不精確性，因此取芯法檢測火災(zāi)后構(gòu)件損傷既是損傷檢測的基礎(chǔ)，也是對無損檢測結(jié)果的一種好的驗證和補充。

取芯法的缺點在于火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)安全性已經(jīng)存在很大問題，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行取芯作業(yè)可能會造成二次傷害，因此對火災(zāi)后的構(gòu)件采用取芯法檢測混凝土損傷程度，位置選取尤為重要。既要保證所取樣芯具有代表性，同時還要保證取芯后結(jié)構(gòu)的安全。

3 節(jié)點鋼筋及鋼筋與混凝土間粘結(jié)力的損傷檢測方法

目前在實際工程應(yīng)用中對火災(zāi)后構(gòu)件中鋼筋的損傷情況檢測常用的有兩種方法［9］。一種是在火災(zāi)后截取節(jié)點區(qū)域部分鋼筋在實驗室條件下通過相關(guān)力學(xué)試驗確定鋼筋的殘余強度，另一種是通過利用所推定的節(jié)點受火溫度值對應(yīng)相關(guān)曲線查詢。第一種方法可以較為準(zhǔn)確地測出節(jié)點區(qū)域鋼筋的剩余強度值，第二種方法，由于節(jié)點受火溫度值的推定存在較大誤差，因此以此計算出的鋼筋剩余強度值并不精確?；馂?zāi)后，計算節(jié)點鋼筋的剩余強度意義重大，是作為火災(zāi)后期加固的重要參考數(shù)據(jù)之一，因此，采用第二種方法應(yīng)選擇合理的節(jié)點鋼筋。一般情況下會選擇節(jié)點嚴(yán)重受損部位，例如通過模擬發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)情況下都是由于預(yù)制柱破壞導(dǎo)致節(jié)點破壞，以及選擇由于混凝土爆裂或保護(hù)層剝落導(dǎo)致暴露在外直接受火的鋼筋，這樣所測得的鋼筋剩余強度結(jié)果更具代表性。在火災(zāi)后從節(jié)點區(qū)域截取鋼筋進(jìn)行相關(guān)力學(xué)試驗必然也會對構(gòu)件承載力造成影響，因此，在截取前還應(yīng)做好必要的臨時支撐或加固措施。

根據(jù)文獻(xiàn)［10］可知，火災(zāi)后鋼筋與混凝土之間粘結(jié)力的變化與受火溫度、鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋等級、混凝土損傷程度等因素有關(guān)。關(guān)于鋼筋與混凝土粘結(jié)力的損傷檢測一般采用的方法為聲發(fā)射技術(shù)，檢測步驟如圖 2 所示。

圖2 聲發(fā)射檢測步驟

該技術(shù)主要是利用火災(zāi)后包裹鋼筋的混凝土發(fā)生了一系列的物理化學(xué)變化從而能夠使得聲波發(fā)射機發(fā)射出的聲發(fā)射信號在穿過不同界面時反射回不同的聲反饋，通過信號處理對節(jié)點內(nèi)部的損傷位置和嚴(yán)重性程度做出評估。在火災(zāi)后，節(jié)點內(nèi)部的主要聲反射源是由于混凝土水分蒸發(fā)導(dǎo)致混凝土變得疏松，以及裂縫的形成和擴展導(dǎo)致鋼筋和混凝土之間粘結(jié)力下降，同時，鋼筋與混凝土間的粘結(jié)滑移也會形成聲反射源。因此，以節(jié)點內(nèi)部在火災(zāi)后形成的缺陷作為聲反射源，通過相關(guān)信號處理來檢測節(jié)點內(nèi)部的損傷情況。在本文中，對這種檢測方法的分析側(cè)重點在于檢測火災(zāi)后鋼筋與混凝土間粘結(jié)力的損傷。

4 節(jié)點損傷綜合檢測方法

通過前文所述各類火災(zāi)后節(jié)點損傷檢測的各類方法以及火災(zāi)后節(jié)點損傷評估鑒定評級，本文提出了火災(zāi)后節(jié)點損傷檢測及評估綜合檢測方法，如圖 3 所示。

圖3 節(jié)點損傷綜合檢測方法

5 結(jié)語

本文探討了目前實際工程應(yīng)用中針對火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件各方面損傷的一系列損傷檢測方法，火災(zāi)后節(jié)點損傷的檢測方法應(yīng)包括節(jié)點受火溫度的推定、混凝土損傷檢測、鋼筋損傷檢測等方面，每個方面不同的檢測方法都有一定的適用性和局限性，因此，在實際工程應(yīng)用中，宜采用多種方法結(jié)合的綜合手段來進(jìn)行相關(guān)方面的檢測，從而保證檢測結(jié)果的精確性，也為節(jié)點損傷評估奠定堅實基礎(chǔ)。Q