火损后预应力混凝土空心板梁检测、评估与 加固技术研究.pdf

第 35 卷 第 1 期 2018 年 1 月 公 路 交 通 科 技 Journal of ighway and Transportation Research and Development Vol 35 No 1 Jan 2018 收稿日期 2016 12 1 作者简介 王成明 1985 男 江苏南京人 硕士 wcm19 9 126 com doi 10 3969 j issn 1002 0268 2018 01 011 火损后预应力混凝土空心板梁检测 评估与 加固技术研究 王成明1 李 捷2 刘其伟3 罗文林1 姚 龙 1 南京博瑞吉工程技术有限公司 江苏 南京 211122 2 江苏宁沪高速公路股份有限公司 江苏 南京 21000 3 东南大学 交通学院 江苏 南京 210096 林同棪国际工程咨询 中国 有限公司 重庆 01121 摘要 火灾在短时间内产生高温并对桥梁结构造成损伤 一般虽不致使桥梁立即倒塌 但却降低了其安全性 适用 性和耐久性 使其无法继续正常使用 火灾后 必须及时 科学地对受损结构构件进行损伤评估 才能为火损后桥 梁的处治对策提供可靠的理论与数据支持 依托足尺预应力混凝土空心板梁火损试验 进行火损后预应力混凝土空 心板梁的检测 研究火损后该类板梁构件的损伤表现 在受火过程中板梁底板混凝土可能会发生爆裂情况 可能导 致钢筋及钢绞线外露 直接承受火焰的炙烤 火损后板梁的剩余承载力一方面与钢绞线处的平均过火温度有关 另 一方面与混凝土的爆裂严重程度有关 若钢绞线处的平均过火温度较高且混凝土爆裂导致钢绞线外露 则在加载过 程中钢绞线可能断裂 使得火损后板梁承载能力明显下降 根据实测的火损后预应力混凝土空心板梁剩余承载力大 小 采用粘贴碳纤维布方式对空心板梁进行加固 研究该加固方法的实际加固效果 结果表明 钢绞线所遭受的最 高温度是火损后预应力混凝土空心板梁评估中的一个重要指标 烧失量法是检测混凝土过火温度较为精确的一种方 法 可供实际工程应用时参考 粘贴碳纤维布加固火损后板梁是一种行之有效的加固方法 但碳纤维布对于刚度的 贡献几乎为零 关键词 桥梁工程 评估与加固 试验研究 空心板 足尺模型 火损 中图分类号 U 5 7 文献标识码 A 文章编号 1002 0268 2018 01 0079 09 Study on Detection Evaluation and Reinforcement Technology on Fire Damaged PC Hollow Beam WANG Cheng ming1 I Jie2 IU Qi wei3 UO Wen lin1 YAO ong 1 Nanjing Bridge Engineering Technology Co td Nanjing Jiangsu 211122 China 2 Jiangsu Expressway Co td Nanjing Jiangsu 21000 China 3 School of Transportation Southeast University Nanjing Jiangsu 210096 China T Y in International Engineering Consulting China Co td Chongqing 01121 China Abstract Fire can reach a high temperature at short time and damage bridge structure generally though it does not cause the collapse of the bridge immediately but reduces its safety serviceability and durability making it impossible to continue to use normally After fire damage assessment for structural components must be conducted timely and scientifically in order to provide reliable theory and data support for treatment measures of the damaged bridge Based on fire damage test of full scale pre stressed concrete hollow slab beam the pre stressed concrete hollow slab beam after fire damage is detected to study the fire damage performance of these slab beam components In the process of fire the concrete at bottom of the slab beam is likely to burst which may cause the steel reinforcement and steel strand to be exposed directly bearing the 公路交通科技第 35 卷 fire On one hand the residual bearing capacity of the slab beam after fire damage is associated with the average fire temperature at steel strand on the other hand it is associated with the burst severity of concrete if the average fire temperature of steel strand is higher and the steel strand is exposed caused by concrete burst the steel strand may rupture in the loading process making the bearing capacity of slab beam bearing decreases obviously after fire damage According to the actual remaining bearing capacity of pre stressed concrete hollow slab beam after fire damage the hollow slab beam is reinforced by bonding CFRP sheets to study the reinforcement effect of the methods The result shows that 1 the maximum temperature of the steel strand is an important index in the evaluation of fire damaged PC hollow slab beam 2 the method of ignition loss is an accurate method to detect the fire temperature of concrete and can be used for reference in practical engineering 3 it is an effective method to strengthen the fire damaged hollow slab beam by bonding CFRP sheets but the contribution of CFRP sheets to rigidity is almost zero Key words bridge engineering assessment and reinforcement experimental study hollow slab full scale model fire damage 0 引言 随着我国交通事业的快速发展 作为重要基础 设施的一部分桥梁建设进展迅速 根据近年来的统 计 从 2005 年到 2012 年之间 中国公路的总里程 由 368 万 km 增加至 2 万 km 桥梁总数由 33 66 万座增加到 71 3 万座 7 年来有了大幅度提升 以 江苏为例 到 2010 年 全省公路桥梁总计达61 7 座 共 2 651 038 延米 位居全国首位 其中国省干 线 含高速公路 公路桥梁 8 93 座 1 035 05 延 米 平均每公里有一座桥梁 国省干线公路 含高 速公路 上 共有特大桥 1 0 座 大桥1 7 5 座 中 桥 3 382 座 小桥 3 667 座 在上述桥梁中 绝大多 数为中小跨径的混凝土桥梁 随着交通量日益增加 由于交通事故或养护管理中存在缺陷等造成的火灾 事故时有发生 给桥梁的安全运营带来不利影响 甚至会造成致命的安全事故 火灾是当今世界多发性灾难中发生频率高且极 具毁灭性的灾难 1 我国每年因为火灾导致的人员 伤亡达数千人 造成的直接经济损失达数十亿 而 间接经济损失则更多 2 火灾发生频率最高的是建 筑火灾 而随着交通行业的发展 近年来桥梁遭受 火灾事故也愈发频繁 其中大部分为中小跨径桥梁 如图 1 所示 以江苏省宁沪高速桥梁为例 中小跨 径桥梁在所有桥梁中所占的比例达到 83 6 预应 力空心板在中小跨径桥梁中所占的比例达到 70 8 而简支结构的预应力混凝土空心板桥是最常见的中 小跨径桥梁 其在江苏省桥梁结构中占有较高比例 为此 本次试验时选择具有足够普遍性和针对性的 预应力混凝土空心板简支梁作为研究对象 本研究 将从安全性能和使用性能的角度对火损后预应力混 凝土空心板梁研究结果进行阐述 东北大学 CAE 研究室结合200 年两座预应力混 凝土空心板梁桥火灾实例 进行了 预应力混凝土 空心板梁火灾反应及结构性能分析研究 试验研究 了高速公路预应力空心板所常用的 C 0 混凝土在高 温 火灾 后抗压强度 应力 应变本构关系及弹 性模量等力学性能指标随受火温度的变化规律 通 过对大量试验数据的处理 给出了钢绞线及混凝土 强度和弹性模量的折减系数 将受火后实桥的承载 能力试验结果与理论分析的结果对比 两者基本趋 于一致 3 辽宁公路试验检测中心对辽宁某高速公路上一 座火损后 孔 16 m 先张法预应力混凝土空心板梁桥 进行了现场调查和荷载试验 荷载试验选取了不同 火损程度的板梁共 片 在桥下以简支状态进行荷 载试验 确定受火后梁板的实际承载能力 通过试 验得出 梁板底部受高温 大于 700 后截面的 整体刚度明显降低 正常使用极限状态的承载能力 大幅度衰减 梁板底部受高温 小于 500 后截 面的梁承载能力无明显变化 梁板在支点附近受火 后其抗剪能力明显降低 当温度大于 300 时 就 应该考虑抗剪能力的衰减问题 通过荷载试验与理 论分析总结出一种火损后空心板残余承载能力分析 的方法 通过该方法可初步确定桥梁的残余承载能 力 及时制订交通管制方案 降低火灾对交通的 影响 东南大学交通学院对近几年江苏省内发生的几 座预应力混凝土空心板梁桥火灾进行过评估与加固 处理 通过对火损后桥梁的现场检测和温度场分析 08 第 1 期王成明 等 火损后预应力混凝土空心板梁检测 评估与加固技术研究 对受损桥梁进行了综合评估 针对桥梁各构件不同 的火损情况 主要采用碳纤维布加固的方式进行了 处理 5 在正常运营条件下的跟踪观测表明对火损 桥梁的处理切实可行 取得了良好的经济和社会 效益 6 在针对火损结构构件的检测评估方面 目前没 有完善 统一的评判体系和参考标准 7 现场检测 方法各异 检测数据不能标准化 火损后结构的评 估多依据工程经验和简化计算 评估多偏保守 8 耐久性方面多被忽略 或是笼统地定性判断 加固 对策也都是以经验为主 加固后结构的力学性能的 改善以及耐久性问题研究甚少 9 对于桥梁构件火灾后的处理 实际工程中一般 参考工民建的做法 然而 由于桥梁与工民建的结 构构件之间在受力 构造特点以及火灾环境有明显 的差异 上述的研究成果与试验数据不能完全照搬 因此 需要对典型的桥梁构件进行必要的火灾试验 以研究其火灾中的温度场分布及火灾后的力学性能 此外 火损桥梁的检测评估与加固也亟需标准化 规范化 有必要通过桥梁火灾试验并结合工程实例 的探索 以形成一套火灾后桥梁结构的评估与加固 标准来推广应用 图 1 某高速公路桥梁火灾现场 Fig 1 Fire scene of an expressway bridge 1 火损试验后梁体检测 依托足尺预应力混凝土空心板梁火损试验 进 行火损后预应力混凝土空心板梁的检测 研究火损 后该类板梁构件的损伤表现 本节进行了 7 片板梁 的火损试验 各片板梁火损试验对比如表 1 所示 表 1 板梁火损试验概况 Tab 1 Situation of fire damage test of slab beams 梁号 燃烧时间 min 钢绞线实测温度 最大值 钢绞线实测温度 平均值 跨中温度变形 向 下 最大值 cm 冷却后跨中向上 反拱最大值 cm 露筋情况 平均剥落 面积 平均剥落 深度 cm 3 602 5197 2 1 3无16 30 9 5 2 6 603232 6 2 8 1 无69 82 7 5 0 5 9077035 1 9 2 02 箍 1 绞100 02 5 6 0 10 9072 263 2 6 1 31 箍 1 绞21 31 3 6 3 8 90298250 3 0 1 6无100 01 5 5 5 9 105 5332 3 8 1 21 箍95 02 7 5 0 7 12035 292 3 6 1 8无100 01 5 5 5 注 1 板梁温度变形值均相对于未加火前标高 表示向下 表示向上 2 平均剥落深度后面括号内的数值为局部最大剥 落深度 3 露筋情况中 箍 代表箍筋 绞 代表钢绞线 1 1 火损后梁体外观检测 试验梁采用 13 m 先张法预应力混凝土空心板 梁 火损试验通过特制燃气加热炉进行 10 试验照 片如图 2 所示 受火梁的燃烧升温曲线采用 ISO83 曲线 11 如图 3 所示 板梁火损试验的灼烧区域为 跨中全宽 5 m 范围内 试验中主要测试的数据包括 内埋热电偶的温度监控数据 混凝土中振弦式应变 计的读数以及跨中竖向挠度的变化数据 板梁火损 试验以后吊至指定台座上面进行火损后的检测工作 外观检测内容主要包括以下几点 12 1 混凝土火损后的表观颜色 疏松状况 剥 落深度与面积及裂缝情况 图 2 试验梁火损试验 Fig 2 Fire damage test of test beams 18 公路交通科技第 35 卷 图 3 实际炉温与 ISO834 标准升温曲线对比 Fig 3 Comparison of curves between actual oven temperature and ISO834 standard heating 2 钢筋与钢绞线裸露数量 颜色 变形情况 火损后梁体底板外观典型照片如图 图 6 所示 图 4 混凝土爆裂 Fig 4 Concrete burst 图 5 钢绞线外露 表面碳化 Fig 5 Exposing and carbonization of steel strand 本试验中梁体受火后的表现总结如下 1 在受火过程中板梁底板混凝土可能会发生 爆裂情况 各片板梁的爆裂程度随机性较大 混凝 土爆裂后的性状表现为表面砂浆全部崩落 露出粗 骨料且爆裂边缘界限明显 爆裂后混凝土表面凹凸 不平 一般来说 爆裂区域的中心深度较大而边缘 图 6 底板纵向裂缝 Fig 6 Longitudinal crack of bottom slab 深度较小 2 混凝土剥落的主要特征为表面混凝土砂浆 起皮龟裂 13 在火灾后松散混凝土会自然脱落 造 成粗骨料零散外露 另外附着于表面的砂浆敲击易 掉落 剥落后的表面平整度较好且剥落深度一般小 于爆裂深度 3 混凝土爆裂可能导致钢筋及钢绞线外 露 1 直接承受火焰的炙烤 火损后钢筋及钢绞线 的表层附着一层碳化层 碳化层存在细微裂纹 15 火损后梁体底板出现纵向裂缝 受火区与 非受火区均有 裂缝位置主要位于底板横向宽度的 中心区域 裂缝在火损试验中出现且冷却后裂缝未 闭合 5 腹板高度的中间区域存在竖向或斜向的裂 缝 裂缝在火损试验中出现冷却后大部分裂缝基本 闭合 6 从炉体内残留的混凝土残渣可以看出 混 凝土较高的过火温度会导致粗骨料的颜色从青色变 为白色 而水泥砂浆的颜色从灰色变为黄褐色 1 2 火损后混凝土过火温度检测 混凝土过火温度检测采用烧失量法进行 16 烧 失量试验的加热设备采用 SX2 系列箱式电阻炉 电 阻炉配有 KSW 型温度控制器及热电偶 能对炉膛温 度进行测量指示及自动控制 电阻炉额定温度 1 100 炉膛尺寸 长 宽 高 为 700 mm 700 mm 300 mm 加热设备如图 7 所示 试验过程主要有以下步骤 1 板梁未受火区域与受火区域混凝土取样 2 混凝土样品捣碎并用粒径 0 28 mm 标准筛 子筛取出水泥砂浆粉末 3 未受火混凝土烧失量试验 拟合烧失量 曲线 28 第 1 期王成明 等 火损后预应力混凝土空心板梁检测 评估与加固技术研究 图 7 箱式电阻炉 Fig 7 Box type resistance furnace 受火混凝土烧失量试验 烧失量代入拟合 曲线推出混凝土过火温度 本次未受火混凝土烧失量试验采用连续灼烧法 即对同一份混凝土试样在 200 900 进行连续的温 度预处理 在每个预处理温度稳定2 h 后称取样品的 质量 这样可节约试验时间提高试验效率 预处理温度越大 混凝土烧失量越小 由未受 火区域混凝土烧失量与预处理温度之间拟合回归建 立的方程如下 y 897 62 35 97 x 36 x2 0 186x3 式中 y 为温度 x 为烧失量 烧失量散点图及拟合曲线如图 8 所示 图 8 烧失量与温度回归曲线 Fig 8 Regression curve of ignition loss vs temperature 以 9 板梁一根跨中向东 1 7 m 断面中心钢绞线 处混凝土样品为例 将受火区域混凝土烧失量代入 回归方程即得混凝土的最高过火温度 烧失量法反 推得到的混凝土温度与热电偶温度实测值如表 2 所示 由表 2 可以看出 烧失量法反推得到的混凝土 受火温度比实际测量值偏小 因为钢绞线处热电偶 测得的温度为一个点的温度 而烧失量法反推得到 表 2 受火混凝土烧失量表 Tab 2 Ignitions loss scale of fired concrete 温度 称重 g 净重 g 烧失量 反推受火 温度 实际受火 温度 误差 率 10578 359 38 90076 57 820 2 1 538 6 注 坩埚重 68 97 g 的温度为钢绞线附近同一高度处混凝土的平均温度 且混凝土温度在高度方向由外向内递减 在钢绞线 处受火混凝土凿除的过程中 混凝土采样的高度距 底板的距离不易控制 一般来说样品位置稍微偏高 导致混凝土样品的平均过火温度偏低 本次温度推 估值与实测值的误差率在 10 以内 满足工程实际 的要求 根据本试验的研究成果 对该类预应力混凝土 空心板梁桥遭受火灾时的检测重点给出以下几方面 的建议 1 着重调查混凝土爆裂区的表观特征 本次 试验的冷却方式为自然冷却 而实际桥梁火灾中可 能会采用冷水灭火的方式 必须区分火灾中混凝土 的爆裂与浇水冷却引起的混凝土爆裂两者之间的不 同之处 浇水冷却引起的混凝土爆裂只是使得混凝 土尺寸进一步削弱 内部的混凝土或钢筋并没有直 接经受高温的炙烤 而火灾中的爆裂则会使得截面 温度场发生突变 可能对钢筋及钢绞线造成较大的 损伤 这对后续承载能力评估指导性较强 2 对钢绞线实际保护层厚度进行调查 该检 测结果对板梁承载能力的计算及钢绞线遭受的最高 温度推算至关重要 选取受火严重区域 进行表层 砂浆及钢绞线处混凝土取样 结合烧失量试验推估 构件表面及钢绞线处曾经受火温度 为后续温度场 分析及承载能力评估提供数据基础 3 为提高烧失量试验的精度 应在以下几方 面注意 因为混凝土中粗骨料的烧失量随温度的变化 波动性较大 因此采样时应尽量剔除掉所有粗骨料 选用内部底面表面积较大的坩埚 确保水泥 砂浆粉末受热均匀且易于水分和二氧化碳气体的 逸出 烧失量试验的灼烧时间不宜过短 保证高温 下试样的化学反应进行得比较充分 火灾作用下梁体会出现裂缝 包括腹板竖 向及斜向裂缝 底板纵向裂缝 腹板裂缝出现在腹 板中部且在火灾后裂缝会闭合 实际桥梁中板梁之 38 公路交通科技第 35 卷 间有铰缝存在 该裂缝一般不会对桥梁结构安全性 带来威胁 底板纵向裂缝在实际火损桥梁中不易检 查到 该形式裂缝一般出现在受火区底板的中上部 若内腔有积水则会导致水分通过纵向裂缝侵蚀钢绞 线 对桥梁结构的安全性及耐久性都会带来不利的 影响 在钢绞线保护层局部凿除过程中可仔细检查 底板内部是否存在纵向裂缝 若纵向裂缝情况严重 后续加固工作中应予以考虑 5 火灾会造成板梁高温变形 通过本试验研 究结果来看 板梁跨中底部受火后 梁体跨中并未 下挠反而向上出现一定反拱 预应力可能未损失或 损失较小 一般桥梁火灾燃烧时间在1 h 左右 因此 预应力混凝土空心板梁桥在火灾后不一定会出现下 挠 检测中若发现梁体下挠严重则需采取一定的安 全措施和交通管制措施 2 加载试验 本节选取 7 片试验梁进行研究 为了得到试验 梁实际的承载能力 选取一片未受火梁进行四点弯 曲加载试验至破坏以获取梁体承载能力数据 如图 9 所示 加载采用分级加载 每级荷载为理论极限荷 载的 5 左右 17 在接近破坏阶段每级荷载减小至 理论极限荷载的 2 左右 1 板梁为标准梁 实测的 极限承载力供后续火损梁的加载试验参考 图 9 试验梁加载试验 Fig 9 Loading test of test beams 通过对加载试验过程现象的观测及测试数据的 总结分析可以得出以下几点规律 1 随着荷载的不断加大 跨中挠度不断增加 2 腹板裂缝开展的范围主要集中在跨中区段 的 7 m 长度之间 跨中两侧各 3 5 m 范围 纯弯段 内主要为腹板竖向裂缝 而剪弯段内主要为腹板斜 裂缝 3 接近极限状态时 裂缝开展的高度线距 表 3 板梁加载试验概况 Tab 3 Situation of loading test of slab beams 梁号 燃烧时间 min 实际加载与 理论极限荷 载比 跨中最大 挠度 cm 卸载残余 变形 cm 断钢绞 线 根 1 10025 1压断0 3 6097 916 81 60 6 6097 915 31 0 5 9072 31 2 1 10 9089 615 61 21 9 1058 716 73 52 7 12095 716 52 00 离底面 0 cm 左右 加载过程中板梁支点处发生旋转 出现支 座剪切变形及局部脱空现象 5 有外露钢绞线的板梁及局部钢绞线过火温 度过大的板梁在加载过程中钢绞线发生断裂情况 断口处有明显颈缩现象 图 10 为各片板梁荷载位移曲线汇总图 图 10 各片板梁荷载位移曲线 Fig 10 Load displacement curve of each slab beam 荷载位移曲线存在以下几点规律 1 1 标准梁的荷载位移曲线呈现明显的 3 个 特征 即弹性阶段 开裂阶段和屈服阶段 2 火损后梁的整体刚度在弹性阶段明显比标 准梁的整体刚度低 而个别开裂阶段的刚度比标准 梁大 从各片板梁的统计数据结果可总结以下几点 1 由于各片板梁钢绞线的保护层厚度均不一 样 即使燃烧时间相同 钢绞线处热电偶测得的温 度也不一样 另外各片板梁的爆裂情况随机性较大 因此加载试验实测的承载能力结果与燃烧时间的关 联性不大 8 第 1 期王成明 等 火损后预应力混凝土空心板梁检测 评估与加固技术研究 2 火损后板梁的剩余承载力一方面与钢绞线 处的平均过火温度有关 另一方面与混凝土的爆裂 严重程度有关 若钢绞线处的平均过火温度较高且 混凝土爆裂导致钢绞线外露 则在加载过程中钢绞 线可能断裂 使得火损后板梁承载能力明显下降 3 火损后板梁的剩余承载能力越小 卸载后 板梁的残余变形基本上越大 根据本试验的研究成果 对该类预应力混凝土 空心板梁桥遭受火灾时的评估重点给出以下几方面 的建议 1 若钢绞线裸露 且结合表观特征与钢绞线 附近混凝土烧失量试验综合判断出该钢绞线经历温 度超过 700 在承载能力计算时建议偏安全地认 为该根钢绞线失效 2 以钢绞线处实测受火温度和标准升温曲线 达到相同温度为等效准则 反推出受火时间 在此 基础之上进行截面温度场分析 结合受火后材料性 能变化及截面折减情况计算出截面剩余承载能力 3 类构件的评定指标推荐值如表 所示 火 损后板梁评定从 3 方面入手 承载能力 使用性能和 耐久性能 具体指标分别对应板梁剩余承载力 弹性 阶段整体刚度和烧疏层厚度 评估时以承载能力指标 为主 刚度和烧疏层厚度指标为辅综合进行评估 表 4 火灾后预应力混凝土梁桥的综合评定标准建议值 Tab 4 Recommended values of comprehensive assessment criteria of PC beam bridge after fire 受损程度评定指标加固处理对策建议 轻度受 损构件 1 剩余承载力为理论设计承载 力的 90 以上 2 整体刚度削减不超过 30 3 烧疏层厚度在 30 mm 之内 一般外观损伤较轻 恢复结构原有尺寸 视情况考虑粘贴一层 碳纤维布处理即可 中度受 损构件 1 剩余承载力为理论设计承载 力的 80 90 2 整体刚度削减 30 50 3 烧疏层厚度在 30 0 mm 之间 钢绞线过火温度一般 超过 300 恢复结 构原有尺寸 可考虑 粘贴两层碳纤维布进 行加固 严重受 损构件 1 剩余承载力为理论设计承载 力的 70 80 2 整体刚度削减 50 70 3 烧疏层厚度在 0 50 mm 之间 钢绞线过火温度可能超 过350 恢复结构原 有尺寸 可考虑粘贴3 层碳纤维布或者采用粘 贴钢板法加固 危险 构件 1 剩余承载力小于理论设计承 载力 70 2 整体刚度削减 70 以上 3 烧疏层厚度大于 50 mm 构件即使加固也不满 足规范规定的承载能 力要求 可考虑危险 构件拆除重建 注 烧疏层厚度以截面内 00 等温线以下高度为准 以上述试验结果中的剩余承载力作为重要评估 要素 本文选用 9 板梁作为维修加固对象 3 火损后试验梁加固 3 1 加固方案 待板梁检测完成以后 在原场地进行板梁火损 后的加固工作 如图 11 图 12 所示 图 11 结构胶恢复梁体尺寸 Fig 11 Restoring beam size by structural adhesive 图 12 粘贴碳纤维布加固 Fig 12 Reinforcement of beam by bonding CFRP sheets 根据承载力评估结果 粘贴两层碳纤维布进行 加固 18 施工步骤如下 1 将板梁火损区松散的混凝土及其表面变色 的混凝土全部凿除 凿除深度以露出新鲜界面为准 然后清理表面浮尘 露出新鲜骨料 2 采用结构胶将梁体受损部位修复至原有尺 寸 由于破损区域面积较大 尺寸较厚 用结构胶 修复破损区域时 采用立模挤压工艺浇注结构胶 即在板梁底面设置植筋螺杆或膨胀螺杆 在其上支 撑有一定刚度的模板 拧紧螺栓挤压结构胶来修补 3 板梁结构尺寸恢复完毕 待结构胶固化后 在板梁底面粘贴碳纤维布 进行补强加固 碳纤维 布粘贴范围为板梁底面长 11 m 宽 1 m 区间 规格 58 公路交通科技第 35 卷 采用 300 g m3的碳纤维布 3 2 加固后加载试验 梁体粘贴碳纤维布养护 10 d 后吊至加载位置准 备进行加载试验 加载过程中需要采集的数据包括 跨中与支点处的百分表读数 内埋振弦式应变计的 读数 外贴电阻式应变片的读数 加载区段安放的 倾角仪的读数以及压力传感器的读数 加载采用分 级加载 每级荷载为理论计算荷载的 5 左右 接近 破坏阶段时每级荷载适当减小 加载工况与千斤顶 压力对照表如表 5 所示 表 5 加载工况与压力传感器数据对照 Tab 5 Comparison of loading conditions and pressure sensor data 工况荷载 kN工况荷载 kN工况荷载 kN 00 0917 2183 9 3 119 610193 319369 5 238 611211 920387 1 358 12231 721 03 0 78 13251 122 15 5 597 21 269 123 3 5 6115 815288 3卸载0 0 7135 16308 1 815 817328 3 当荷载加载至 211 9 kN 时 开始间断出现碳纤 维布剥离破坏声音 此剥离破坏在后续加载工况均 有出现 当荷载加至 3 5 kN 时 剥离破坏急剧发 展 停止加载 碳纤维布应变随荷载变化如图 13 所 示 在荷载小于 100 kN 时 碳纤维布的应变基本呈 弹性增长 之后碳纤维布应变增长速率加快 表明 碳纤维布发挥作用越来越大 在最后一个加载工况 碳纤维布的拉应变为5 000 达到碳纤维布极限拉 应变的 1 3 换算拉应力为 1 050 MPa 图 13 碳纤维布荷载应变曲线 Fig 13 Load strain curve of CFRP sheets 电阻式应变片粘贴于跨中截面的腹板两侧 每 侧布置 7 个应变片 不同加载工况混凝土应变如 图 1 所示 图 14 跨中截面不同高度位置应变曲线 Fig 14 Strain curves at different heights of midspan section 应变片数据汇总为以下几点 1 板梁四点弯曲加载时 跨中截面混凝土底 部受拉而顶部受压 2 在工况 0 13 下 跨中截面基本符合平截 面假定 且随着荷载增加中性轴不断上移 待裂缝 出现以后 平截面假定不再成立 3 最后一个加载工况时 最上部顶板应变片 压应变达 1 500 图 15 为荷载位移曲线图 从图中可以看出 1 在弹性加载阶段 加固前后火损梁的整体 刚度基本保持不变且比未受火梁的刚度小 在开裂 阶段 由于碳纤维布限制了裂缝的开展 刚度有所 提高 甚至比标准梁开裂阶段的刚度大 2 加固后火损梁的承载能力比加固前火损梁 的承载能力有所提高 本试验粘贴两层碳纤维布后 火损梁承载能力提高至少 11 3 加固后火损梁的荷载位移曲线没有明显的 屈服阶段 破坏形式可能为突然的脆性破坏 68 第 1 期王成明 等 火损后预应力混凝土空心板梁检测 评估与加固技术研究 图 15 荷载位移曲线 Fig 15 Load displacement curves 4 结论 根据本试验的研究成果 针对火损后预应力混 凝土空心板梁检测 评估与加固技术有以下几点 结论 1 钢绞线所遭受的最高温度是火损后预应力 混凝土空心板梁评估中的一个重要指标 若可以判 定混凝土爆裂导致钢绞线在火灾中裸露且遭受高温 炙烤 在承载能力评估时可偏安全地考虑裸露钢绞 线失效 2 烧失量法是检测混凝土过火温度较为精确 的一种方法 可供实际工程应用时参考 3 粘贴碳纤维布加固火损后板梁是一种行之有 效的加固方法 但碳纤维布对于刚度的贡献几乎为零 参考文献 References 1 侯旭 混凝土梁式桥火灾后检测评估与维修加固技术 研究 D 西安 长安大学 2009 OUXu StudyonDetection Maintenanceand Reinforcement Technique for Fire Damaged Concrete Beam Bridges D Xi an Chang an University 2009 2 李世安 火灾过程预应力混凝土梁桥力学性能分析及 灾后评价方法 D 西安 长安大学 2012 I Shi an Mechanical Performance Analysis and Post disaster Evaluation Method of Prestressed Concrete Girder Bridge in Fire Process D Xi an Chang an University 2012 3 邓昌宁 高温 火灾 后预应力砼空心板梁结构性能 分析研究 D 沈阳 东北大学 2005 DENG Chang ning Study of Mechanical Characters of Prestressed Concrete ollow Slab Beam Undergone igh Temperature D Shenyang Northeastern University 2005 邓昌宁 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