桥梁火灾应急预案.doc

（5）桥梁火灾火灾后桥梁损伤分析a）混凝土损伤出现火灾，首先受损的就是混凝土，混凝土经过高温其强度会损失。通过对混凝土高温下性能的试验可以发现，当温度低于300 时，水泥石晶体基本不发生变化，仅内部非结合水蒸发，加之骨料和水泥石热膨胀系数不同造成微裂纹，混凝土强度稍有降低；当温度在300600 时，水泥石中的氢氧化钙脱水分解，晶体轻微破，水泥石开始出现疏松，混凝土强度下降；当温度在 600800 时， 混凝土中的白云石和碳酸钙开始分解，骨料不再稳定，混凝土抗压度急剧下降；当遇到800以上高温时，水泥浆体成为不连续的团块状，混凝土强度基本丧失。 温度对强度的影响曲线如图1所示。实际上混凝土在急速升温的情形下，温度不太高时即可能因为受热膨胀而爆裂剥落，当用水扑灭火灾时，热的混凝土表面遇水急速冷却，造成混凝土构件内外应力差，会加重混凝土的剥落。所以火灾中桥梁的主要损伤就是混凝土爆裂剥落，造成保护层厚度减小，甚至钢筋裸露。同时构件截面面积减小，对于板梁来说，抗弯刚度减小，挠度增加，板底出现受拉裂缝。没有剥落的混凝土也会因为经历了高温而变得疏松，强度和耐久性降低，内部钢筋容易锈蚀，等等其他连带的负面影响。b）钢筋损伤火灾过程中随着时间的推移，钢筋也会被逐渐加热，尤其是在保护层剥落后。钢筋的强度一般在200 以内变化不大，之后开始降低。钢筋极限强度、屈服强度和弹性模量等会随着受火温度的升高而降低，450 开始软化，温度到达 600700 时，钢筋内部晶体结构发生变化，导致强度和弹性模量降低程度非常严重，强度约损失一半。当冷却下来后，钢筋的强度部分恢复，但是钢材内部晶体重排，屈服强度和极限强度都降低，延性增加；若用水灭火，则钢筋相当于经历了淬火过程，会变脆。预应力钢筋和预应力钢铰线含碳量较高，受火灾影响比普通钢筋要大得多，高温松弛会引起很大的预应力损失。如果保护层完全剥落钢筋裸露，则直接受火，表面氧化锈蚀，如不及时处理，则钢筋锈蚀迅速发展，也影响其强度。c）钢筋混凝土之间的粘结力的损失由于钢筋热膨胀系数较大，所以钢筋和混凝土之间粘结力起初由于它们之间更加紧密而得到加强，但随着水泥石结构受火破坏，粘结力也被逐步破坏，而且混凝土保护层的爆裂剥落，更加造成粘结力大幅度降低。应急检测预案发生此类突发事件的应急检测预案包括火场外观检查、温度分析、混凝土强度检测、钢筋损伤检测、承载力降低分析、损伤级别评估。a）外观检查受灾范围，受灾范围内混凝土颜色分布，混凝土脱落、疏松程度，钢筋受损程度及结构变形程度。b）火场温度分析确定火场温度有助于正确评价桥梁受损程度，确定方法可以根据现场物品的变化推断，也可根据燃烧物及燃烧时间来按照经验公式计算。按现场物品变化推定桥梁结构在受火的情形下，混凝土最先遭到损伤，可根据混凝土爆裂剥落情况、颜色变化和强度变化来判断火场温度，混凝土颜色变化对应的温度如表 1所示。如现场有其他物品，也可作为判断依据，如铝合金的软化温度约为600 ，玻璃软化温度约为700 ，钢铁的软化温度约为900 ，等等。通过火灾现场的各种物品变态情况能够推断出火场温度。采用火灾温度公式法推定我国最常用的是国际标准化组织归纳总结的火灾温度公式，它是从大量大火中经过统计分析而得到的升温曲线，符合大多数火灾规律，其公式为：T=T0+345lg(8t+1)式中：T 为火灾标准温度，；T0为自然界温度，；t为火灾经历时间，min。c）混凝土强度检测火灾后混凝土强度检测常用的方法有钻芯取样法和回弹法，钻芯取样会破坏结构但是检测结果准确，如果火灾未对关键受力构件造成损伤，应考虑用钻心取样法。否则可用修正的回弹法。钻芯取样法钻芯取样法试验方法与常规钻芯法相同，但是由于混凝土烧损层可能小于钻芯直径，并且混凝土烧损层的强度是随深度变化的，所以，钻芯厚度可能小于钻芯直径。在这种情况下就要对钻芯抗压强度进行修正，计算公式如下：f c =4KP/ D 2式中：K=1. 1113 H/D-0. 0265，0. 25 H/D 0. 925；f c为混凝土钻芯试件实际强度；K为尺寸修正系数；P为试件破坏荷载；D为试件直径；H为试件高度。带修正的回弹法回弹法是应用最广的无损检测方法，是根据混凝土结构表面约6mm厚度范围的弹塑性性能，间接推定混凝土的表面强度，并把构件竖向侧面的混凝土表面强度与内部看作一致。因此，混凝土构件的表面状态直接影响推定值的准确性和合理性。首先选择表面平整的一块区域，面积约400cm2 ，将该区域分成16个面积相等的区域，每个区域进行回弹，取平均值作为该位置处的回弹值。回弹值和混凝土强度之间的关系是通过测强曲线联系起来的。按照回弹仪法检测规程的要求对火灾后混凝土构件进行测试，但测试值不能直接处理得出混凝土构件测区的实际强度，必须经过修正。修正公式如下：fct =K cn f(N，L)式中：fct为混凝土构件测区实际强度；f（N，L）为JGJ2385给出的测强曲线；N为测区碳化深度值；L为实测回弹值；t为混凝土构件受火温度，；Kcn为混凝土强度修正系数，其计算公式为：自然冷却时，Kcn=1. 00-10-3 t，t200 ，Kcn=0. 858-2. 76510 -4 t+4. 6810-2 L，t200；喷水冷却时，Kcn=1. 00-1. 710-3 t ，t 200，Kcn=O. 858-3. 410 -4 t +5. 0510-2 L，t200。d）钢筋损伤检测钢筋损伤的检测目前仅见有对钢筋锈蚀情况的检测方法，主要包括：直观检查法和自然电位法。 直观检查法就是观察钢筋表面锈蚀情况， 可借助卡尺量测锈蚀深度。但是对钢筋强度损伤的检测方法目前没有见到明确的方法，仅有根据火场温度来推断钢筋强度损失程度。e）承载力降低分析火灾后桥梁各个构件的抗力计算方法与原设计计算方法相同， 只是材料参数有所变化，钢筋及混凝土强度的降低，进而造成的构件承载力的降低；由于混凝土爆裂剥落造成的截面面积减小，进而造成的截面惯性矩和刚度的变化，结构现有的实际刚度对确定结构的弯矩分布至关重要，尤其是超静定结构。f）损伤评估根据钢筋混凝土建筑受热温度、变形状况、裂缝分布及裂缝宽度、构件残余承载力大小及加固修复后可恢复程度， 将钢筋混凝土受损分为四个等级。级别损伤程度特征一级轻度损伤混凝土表面有少量裂缝和