鋼筋混凝土橋梁火損檢測(cè)與加固
2015-07-02
一、前言
目前，對(duì)國(guó)內(nèi)鋼筋混凝土橋梁的火損檢測(cè)和加固施工做得還不夠到位，導(dǎo)致鋼筋混凝土橋梁施工質(zhì)量受到了一定的影響，因此，我們研究鋼筋混凝土橋梁火損檢測(cè)與加固技術(shù)很有意義。
二、鋼筋混凝土構(gòu)造的火損特征
對(duì)于高溫狀態(tài)下鋼筋混凝土的材料性能而言，多數(shù)中外學(xué)者已展開(kāi)大量研究，并根據(jù)微觀結(jié)構(gòu)的實(shí)踐研究，以對(duì)宏觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行解釋說(shuō)明。下面簡(jiǎn)單介紹鋼筋混凝土構(gòu)造的火損特點(diǎn)：
1、耐久性的特征
在溫度大于501℃的狀態(tài)下，鋼筋混凝土中游離的氫氧化鈣（CaOH2）成分將進(jìn)行熱分解的反應(yīng)，促使混凝凝土的性質(zhì)變化成中性，從而降低其保護(hù)鋼筋的能力，嚴(yán)重影響了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。
2、受火混凝土的性能特點(diǎn)
鋼筋混凝土自身特有的強(qiáng)度與其耐火的溫度、火災(zāi)持續(xù)的時(shí)間等，均是影響其構(gòu)造力學(xué)性能的關(guān)鍵因素，其中耐火的溫度影響最為顯著。遭受火損后，鋼筋混凝土的顏色將發(fā)生改變。并且混凝土本身也隨之出現(xiàn)疏松、爆裂或者裂縫等現(xiàn)象，這些均是受到耐火溫度的影響導(dǎo)致而成的。
三、火災(zāi)中溫度對(duì)鋼材的影響
鋼材的物理性質(zhì)：鋼材在正溫范圍內(nèi)，溫度約在200℃以上時(shí)，隨著溫度的升高，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服點(diǎn)和彈性模量都有變化，總的趨勢(shì)是強(qiáng)度降低、塑性增大；溫度在250℃左右，鋼材的抗拉強(qiáng)度略有提高，而塑性卻降低，因而鋼材呈現(xiàn)脆性，在此區(qū)域?qū)︿摬脑偌訜?，鋼材可能產(chǎn)生裂縫。此外，當(dāng)溫度達(dá)到250-350℃范圍內(nèi)時(shí)。鋼材將產(chǎn)生徐變現(xiàn)象，鋼材的性能受到不同程度的損傷。據(jù)一些專(zhuān)家對(duì)鋼材進(jìn)行溫度試驗(yàn)分析，當(dāng)鋼材在升溫1h，恒溫加熱1小時(shí)后進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果是有屈服臺(tái)階的16Mn鋼筋在900℃以下時(shí)的強(qiáng)度和延伸率變化很小，溫度達(dá)到1000℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度下降10％；無(wú)屈服臺(tái)階的冷拔低碳鋼絲經(jīng)過(guò)2h升溫至600℃以下，則強(qiáng)度受到影響不大；而溫度在600℃以上時(shí)的極限強(qiáng)度下降達(dá)40％。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家對(duì)大多數(shù)火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)中構(gòu)件鋼筋的測(cè)試結(jié)果表明，混凝土保護(hù)層剝落的預(yù)應(yīng)力板鋼絲受熱溫度超過(guò)600℃，梁柱構(gòu)件鋼筋溫度低于600℃，因而，在一般情況下，火災(zāi)對(duì)鋼筋的影響較比混凝土小，對(duì)于I、II級(jí)鋼筋在溫度達(dá)到900℃以上時(shí)才有明顯的影響，由于鋼筋構(gòu)件混凝土保護(hù)層的作用，通常構(gòu)件中的鋼筋溫度低于此值，可以說(shuō)火災(zāi)一般對(duì)I、II級(jí)鋼筋的影響不很大。但是，在600℃以上的高溫卻使冷卻后的冷拔低碳鋼絲強(qiáng)度大幅下降40％左右，從中可以說(shuō)明火災(zāi)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板的影響較大，由于建筑荷載大部分承重在板上，從而破壞結(jié)構(gòu)的整體性，造成更大的危害。
四、鋼筋砼結(jié)構(gòu)加固的幾種加固技術(shù)
1、預(yù)應(yīng)力下?lián)卫瓧U加固法
對(duì)預(yù)應(yīng)力筋對(duì)結(jié)構(gòu)中的梁、板進(jìn)行加固,首先在需加固的受拉區(qū)段外面補(bǔ)加預(yù)應(yīng)力筋,然后張拉預(yù)應(yīng)力筋,并將其錨固在梁(板)的端部。鋼筋砼構(gòu)件采用預(yù)應(yīng)力下?lián)问嚼瓧U加固定后,形成一個(gè)由被加固構(gòu)件和下?lián)问嚼瓧U組成的復(fù)合超靜定結(jié)構(gòu)體系,在外荷載和預(yù)應(yīng)力共同作用下,拉桿中產(chǎn)生軸向力并通過(guò)與構(gòu)件的結(jié)合點(diǎn),傳遞給被加固構(gòu)件,抵消了部分外荷載,而且還能較大幅度地提高結(jié)構(gòu)整體承載力。
圖1 體外預(yù)應(yīng)力法在某橋梁加固中的應(yīng)用
2、增大截面加固法
增大截面加固法,是指在原受彎構(gòu)件的上面或下面再澆一層新的砼和補(bǔ)加相應(yīng)的鋼筋,以提高原結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力的方法。它是工程中常用的一種加固方法。在鋼筋砼受彎構(gòu)件受壓區(qū)加砼現(xiàn)澆層,可增加截面有效高度,擴(kuò)大截面面積,從而提高構(gòu)件正截面抗彎,斜截面抗剪能力和截面剛度,起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。在適筋范圍內(nèi),混凝土彎變構(gòu)件正截面承載力隨鋼筋面積和強(qiáng)度的增大而提高。加大截面加固法施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng),并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn);適用于梁、板、柱、墻和一般構(gòu)造的加固。
3、粘結(jié)外包型鋼加固法
外包鋼加固是把型鋼或鋼板包在被加固構(gòu)件的外邊,外包鋼加固鋼筋砼梁一般應(yīng)采用濕式外包法,即采用環(huán)氧樹(shù)脂化灌漿等方法把型鋼與被加固構(gòu)傭粘結(jié)成一整體,加固后的構(gòu)件,由于受拉和受壓鋼截面面積大幅度提高,因此正截面承載力和截面剛度大幅度提高。該法也稱(chēng)濕式外包鋼加固法,受力可靠、施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量較小,但用鋼量較大,且不宜在無(wú)防護(hù)的情況下用于600C以上高溫場(chǎng)所;適用于使用上不允許顯著增大原構(gòu)件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承載能力的砼結(jié)構(gòu)加固。
五、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)后的加固和修復(fù)
1、火災(zāi)分類(lèi)
火災(zāi)損害大致可以分為下列幾類(lèi)：①輕度損害：在局部范圍內(nèi)的表面損害，邊沿剝落和產(chǎn)生裂縫；②中度損害:結(jié)構(gòu)部件沒(méi)有塑性變形，但有嚴(yán)重的截面損害以及鋼筋強(qiáng)度降低；③在單個(gè)建筑部件和結(jié)構(gòu)范圍中的嚴(yán)重?fù)p害：承重構(gòu)件部分或完全失去作用，但不致倒塌；④化學(xué)損害：目前最重要的情況是聚氯乙烯燃燒氣體對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。
2、加固修復(fù)原則
修復(fù)加固設(shè)計(jì)應(yīng)簡(jiǎn)單易行、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理;要注意被加固構(gòu)件的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和施工方法，保證加固部分與原結(jié)構(gòu)共同工作并考慮加固對(duì)建筑物總體應(yīng)力變化的影響。由于修復(fù)加固的構(gòu)造及施工方法與正常建設(shè)時(shí)不同，故必須強(qiáng)調(diào)精心施工，確保質(zhì)量。
對(duì)于火災(zāi)教嚴(yán)重的情況，鏟除損壞的混凝土，必要時(shí)加鋼筋來(lái)保證結(jié)構(gòu)部件具有完全的承載力，按照需要的尺寸用相應(yīng)的混凝土給截面復(fù)原，加固可采用置換、繞絲、粘鋼和粘玻璃鋼等方式。
對(duì)于不影響結(jié)構(gòu)部件的承載能力的輕度損害，只要鏟除松弛的混凝土部分，再進(jìn)行填補(bǔ)，作好混凝土表面，以保證鋼筋不受銹蝕。
對(duì)于能夠造成結(jié)構(gòu)承載能力降低的中度損害，應(yīng)小心地鏟去損害的混凝土層。這種混凝土層從火燒的顏色即可看出，不必對(duì)其強(qiáng)度作精確的調(diào)查，而火燒顏色因混凝土組成和達(dá)到的溫度不同而不同。一般來(lái)說(shuō)，受損的混凝土呈鍺紅色存留的混凝土表面最好利用噴砂清洗干凈并弄粗糙。如果鋼筋強(qiáng)度降低，需要置放附加鋼筋。最后用相應(yīng)強(qiáng)度的新混凝土給截面復(fù)原。新、舊混凝土之間必須有良好結(jié)合，鋼筋與混凝土必須有良好結(jié)合，根據(jù)結(jié)構(gòu)部件的不同。大多采用噴射混凝土或者模板澆注。
3、加固修復(fù)方法
（一）柱子的加固一般是采用安放圈套進(jìn)行的，圈套尺寸的選擇應(yīng)保證能有足夠地方放置附加鋼筋，并能順利澆灌混凝土:圈套大都做成模板，柱子較高時(shí)可分節(jié)制作加固時(shí)謹(jǐn)慎地鏟去全部受損松弛的混凝土，保證柱子中不留內(nèi)部裂縫，必要時(shí)采取加支架等安全措施。柱子的加固還應(yīng)按照應(yīng)力要求放置附加鋼筋，要采用細(xì)鋼筋做箍筋，布置密度要大。
（二）梁的加固。尤其是板梁大多總是在下側(cè)被燒損，即火災(zāi)損害主要在受拉區(qū)。由于混凝土層剝落，常使鋼筋外露，加固時(shí)應(yīng)加必要的附加鋼筋。在鏟除松弛受損的混凝土層后，再將附加筋放置到梁上，保證附加鋼筋的良好錨接：另外在梁上應(yīng)優(yōu)先采用噴射混凝土。在板上可能有兩種情況：一是混凝土覆蓋層不能保持住；二是下面的鋼筋可能外露，在一些地方混凝土與鋼筋之間不存在任何聯(lián)接。這兩種情況下都應(yīng)高度注意鋼筋的強(qiáng)度，要配置足夠的附加鋼筋。對(duì)砌體等其它建筑構(gòu)件的加固也應(yīng)按類(lèi)似的方法進(jìn)行。
六、結(jié)束語(yǔ)
在今后鋼筋混凝土橋梁火損檢測(cè)與加固的過(guò)程中，要不斷提高施工的技術(shù)，通過(guò)可靠的檢測(cè)技術(shù)和加固技術(shù)來(lái)提高橋梁的抗火和抗外力的水平，從而提高橋梁運(yùn)行的安全性。
