火损后预应力混凝土空心板梁检测、评估与加固技术研究

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。     

先张法预应力混凝土空心板过火后损伤评估

随着我国桥梁业的发展,桥梁遭受火灾的数量也在不断增多,为了研究火灾作用后先张法预应力混凝土空心板的实际损伤,以某省一座经历火灾后中小跨径预应力混凝土空心板梁为工程背景,对进行外观、特殊检测,推定火灾现场温度,并对单梁剩余承载能力评定。结果表明:火灾温度效应下,混凝土会发生爆裂、剥落,严重降低结构有效截面面积,造成混凝土强度、钢绞线强度及有效预应力下降;据火源中心越近碳化深度越大,但是对于混凝土爆裂区并不成立,即碳化深度不适用于评价火灾中发生混凝土剥落的构件;混凝土梁桥过火后需使用适当工具对其锤击检查,以便及时发现内部爆裂区域。     

预应力混凝土空心板梁火灾中行为特点的试验研究

桥梁结构遭受火灾时内部会产生不均匀的温度场,温度场的分布及其随时间的变化十分复杂。开展室内火灾试验,使3片足尺预应力混凝土空心板梁经受不同程度的火损,探究试验梁的温度场分布、梁体变形以及应力应变的变化规律。3片试验梁在相同的火场温度(仅受火时间不同)下进行火灾模拟,各片梁的爆裂程度却不相同,在进行温度场计算时需考虑每片梁的混凝土爆裂程度。借助有限元软件ANSYS模拟梁体的温度场时考虑实际爆裂情况,得到的计算结果与试验数据吻合度较好。各片梁经受火灾时的应变变形具有相似的规律性,借助有限元软件ABAQUS得到梁体的受力和变形计算模型,计算结果显示在火损时间小于1 h时,模型与实测吻合较好,可用于分析大部分的实际火灾情况。     

燃油火灾下预应力混凝土梁耐火试验

为研究预应力混凝土（PC）桥梁遭遇燃油火灾时的耐火性能，设计制作了3榀大比例PC简支缩尺模型试验薄腹梁，包括1榀箱形截面梁和2榀双T形截面梁，以荷载水平和截面类型为试验参数，开展了燃油火灾升温条件下PC梁局部受火试验。获取了梁截面混凝土温度和预应力钢束温度变化、跨中挠度变化、有效预应力衰变、裂缝开展、爆裂分布与深度以及耐火极限相关试验数据，深入探索了燃油火灾高温下PC梁的损伤演化规律和破坏模式。试验结果表明：梁截面各测点温度在受火期间随着受火时间的增加其整体趋势不断升高，由于水分的蒸发造成温度曲线在100 ℃~120 ℃之间有一明显的缓平段，箱形截面梁箱内温度在达到100 ℃后几乎保持不变。停火后，混凝土内部和预应力钢束温度持续升高，距受火面距离越远，在停火后升温持续时间越长，预应力钢束在停火后最高升温161 ℃。火灾下PC梁挠曲变形分为受火初期显著增长、受火中期缓慢增长和受火后期急速增长3个阶段，最终由于预应力钢束断裂表现出明显的脆性破坏特征。按常温下适筋梁设计的PC模型试验梁在火灾高温下呈现为少筋梁破坏特征；钢束的有效预应力在火灾高温下表现出先增加、后衰减，最后被拉断应力突然降低的三阶段变化特性。箱形闭口截面梁的混凝土温度和预应力钢束温度均低于双T形开口截面梁，其耐火性能明显优于双T形开口截面梁，破坏时预应力钢束临界温度分别为397 ℃和319 ℃。荷载水平由0.35增加至0.55时，火灾下PC梁耐火极限降低21%，破坏时预应力钢束临界温度由416 ℃降低至319 ℃。研究成果可为PC桥梁耐火试验提供方法指导，为其抗火设计和灾后应急提供理论依据。     

某预应力混凝土连续梁桥火损评估与加固

某大桥靠岛岸侧的5×35m连续梁引桥于2012年某日凌晨3时左右遭受火灾。为恢复该桥的使用功能,针对火损后的桥跨进行现场检测,并结合火场温度和结构温度场的模拟分析,对结构的受损程度进行综合评定。结果表明箱梁表面有较大面积的混凝土崩落,且造成钢筋外露,受火灾影响最为严重的是内侧翼板处,因火损导致8根横向预应力钢绞线外露。在此基础上针对箱梁混凝土火损后剥落采取砂浆修补或灌注并结合粘贴锚固钢板的措施;针对翼板横向预应力火损采取增设钢结构隔板的措施;针对结构整体采用张拉粘贴预应力碳纤维板的措施进行维修加固。经试验评定,验证了加固方案实施后的桥梁承载能力得以恢复。     

预应力混凝土空心板梁桥火损后检测评定

桥梁结构在遭受火灾后,由于部分构件受火后会有不同程度的损伤,桥梁的承载能力可能会降低,从而影响行车安全。该文以某先张法预应力混凝土空心板梁桥火灾后的检测评定为例,分析了桥梁结构火灾的特点以及高温对桥梁结构的影响,介绍了火灾后桥梁检测评定的工作流程及方法。     

腐蚀预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研究

为了评估预应力钢绞线腐蚀后的预应力混凝土梁桥工作性能,对除冰盐环境下先张法和后张法施工的预应力混凝土构件的抗弯承载能力计算方法进行研究。通过考虑多个影响因素,引入拉应力水平对钢绞线腐蚀速率影响系数kσ,建立先张法预应力混凝土结构的碳化深度预测公式;探讨后张法考虑腐蚀发生前混凝土保护层、波纹管及管内水泥浆结硬体对初始腐蚀的延迟影响;提出腐蚀预应力钢绞线的有效截面面积及腐蚀后预应力钢绞线强度计算公式,并在现行桥涵设计规范的基础上,建立预应力钢绞线腐蚀后的结构抗弯承载能力计算方法。最后,以郑州市航海路连接线跨南水北调总干渠的南水北调大桥辅线桥为例,对其在服役期内因筋体腐蚀引起的承载能力退化进行分析,验证该预测方法的可行性。     

过火后预应力混凝土氯离子扩散规律研究

随着我国沿海地区桥梁业的发展,桥梁遭受火灾的数量也在不断增多,为了研究过火后预应力混凝土氯离子扩散规律,以某省一座经历火灾后中小跨径预应力混凝土空心板梁为样本,对其进行氯离子侵泡试验。结果表明:火灾高温作用导致混凝土抵抗氯离子侵蚀能力显著降低;因混凝土热惰性,并非高温剥落越深的区域其混凝土抵抗氯离子侵蚀能力越低;混凝土过火后剥落深度介于保护层1/3～2/3的区域,后期维修加固时应注重耐久性方面的修复。     

基于HC温升曲线的T梁抗弯承载能力分析

为研究预应力混凝土T梁在火灾后承载能力随延火时间的变化规律,采用ANSYS建立实体模型,通过施加不同的火灾工况,设计材料在高温下的强度折减,计算不同火灾工况下的抗弯承载力并对其安全性进行评估。结果表明,T梁在桥面受火时承载能力衰减程度低,承载力满足要求;T梁腹板底部及多面受火时,承载能力衰减速率先迅速后缓慢,在一段时间后均不满足要求。     

某PC简支T梁火灾损伤分析和加固设计

某快速路桥梁左幅28号跨40m的PC简支T梁桥由于船只撞击导致的桥下火灾事故,根据现场检测结果分析梁体表面受火温度作用过程,利用软件模拟梁体受火损伤相对严重的区域及历经最不利温度场,结合该处预应力钢束和普通钢筋布置情况,得到预应力钢束和普通钢筋的历经最高温度和相应强度损伤系数,将火损前和火损后T梁承载力用桥梁博士软件进行检算,根据检算结果提出先凿除受损混凝土、植筋、绑扎钢筋网、增大梁截面的加固设计方法。最后对加固后的T梁进行结构计算,计算结果满足现行规范承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求,为以后此类桥梁事故的加固设计提供参考。     

斜交空心板正截面承载力模拟计算研究

采用有限元方法对预应力混凝土斜交空心板进行非线性数值模拟计算,得到了斜交空心板正截面的受力过程、极限承载力以及破坏时混凝土、预应力钢筋的荷载-应力曲线。预应力混凝土斜交空心板的受力全过程可以划分为预加力反拱、混凝土开裂、钢筋屈服、混凝土压碎破坏4个阶段。通过多种工况的计算比较发现,达到极限状态时截面的破坏形式、极限承载力随荷载形式不同有一些差别,模拟计算得出混凝土斜交空心板的最小的荷载工况,以此最小的荷载工况为计算依据,提出了混凝土斜交空心板正截面强度计算公式,可供工程设计参考使用。     

粉煤灰人工砂混凝土预应力空心板梁受力试验研究

进行了跨度为19．5m的原型粉煤灰人工砂混凝土预应力空心板从预应力钢绞线张拉到承载极限破坏的受力全过程试验，研究了其正截面和斜截面在正常使用状态下抗裂度、裂缝宽度和跨中挠度、极限承载能力等受力性能，为在公路桥梁结构中利用粉煤灰人工砂混凝土预应力空心板提供科研依据。研究成果应用于河南省焦作市路网改造道路的桥梁结构，取得了较好的技术经济效益。     

公路预应力空心板梁桥单梁试验及评定

为了对公路预应力混凝土空心板梁旧桥的承载力进行评定,采用单梁试验及承载力评价方法。选取病害较重、横向分布系数较大位置的空心板梁,按铰接板法计算空心板跨中的横向分布系数,按照形心高度、面积和惯性矩不变的原则,将空心板等效为工字形截面,计算出单梁承载力和相应的理论应力值及挠度值。对单梁进行试验加载并测试其应力和挠度,通过理论值与实测值的对比,评估单梁的结构性能。通过对一座13m跨径预应力空心板梁桥单梁试验及受力性能进行评价,证明了单梁试验是一种实用有效的方法。     

波纹腹板开孔对预应力钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应力波纹腹板开孔组合梁,另一片是预应力波纹腹板无孔组合梁;采用ISO834国际标准升温曲线对其进行了恒载升温耐火试验,同时采用有限元软件ABAQUS对其进行了数值研究。研究结果表明:高温下2类预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁均在剪弯区发生剪切屈曲;在截面尺寸和跨度相同条件下,承受相同的绝对荷载时,腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于后者在临界状态下抗弯刚度降低,抗火性能下降;在高温作用下,腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于腹板未开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,预应力拉索的效率更高,下降速率更慢;腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁,在升温后期其滑移曲线发展速率略高于腹板未开孔钢-混凝土组合梁;对于腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,在未出现腹板局部屈曲截面上,腹板分担的剪力可达截面总剪力的78%;开孔截面的总剪力几乎完全由混凝土板承担;临界状态下钢梁腹板正应力略高于常温下的腹板正应力水平。     

预应力混凝土空心板梁桥承载能力实桥试验研究

通过预应力混凝土空心板梁桥实桥破坏性试验,分析了这类桥梁的挠度和应变的变化规律,以及裂缝发展过程,并比较了桥梁破坏试验前后的荷载试验结果,从而为预应力混凝土梁桥的极限状态研究和承载能力评估提供依据。     

超高车辆撞击下预应力混凝土空心板桥损伤机理及撞后承载力研究

为研究超高车辆撞击预应力空心板桥的损伤破坏机理及被撞主梁承载力的变化规律,建立精细的预应力空心板桥-双轴卡车碰撞有限元模型,其中车辆模型采用美国国家碰撞分析中心建立的标准双轴卡车模型,并用足尺模型试验结果对空心板桥模型承载力进行验证。分别考虑车辆速度、载质量、超高高度、撞击角度和混凝土强度等因素,采用显式动力分析软件LS-DYNA进行不同参数下超高车辆-桥梁的碰撞分析（共计13种工况）。研究结果表明：在超高车辆撞击作用下,桥梁整体位移和变形较小,空心板桥主要发生局部型损伤,碰撞区域混凝土剥落,部分普通钢筋及预应力钢筋外露甚至屈服退出工作,车辆的碰撞速度、碰撞角度以及结构自身的材料强度对于空心板局部损伤影响较明显;在不同车辆撞击参数下,被撞主梁的竖向抗弯承载能力损失水平都在15%以内,30°角为最不利的撞击角度,损伤结构的承载力下降达14%;混凝土强度为C30时空心板桥撞损后的承载力下降比例要大于C40及C50。在主梁预应力筋因撞击退出工作的情况下,被撞梁的竖向承载性能及变形刚度均明显降低,其中车辆撞击侧预应力底板束失效情况下,竖向承载力仅为损伤前承载力的65%;底板束和腹板束同时失效时,主梁在自重作用下出现整体垮塌。对于预应力空心板桥,需高度重视撞后预应力筋损伤破坏对主梁承载力的影响,在桥梁防撞设计中应予以充分考虑。     

预应力混凝土空心板梁静载试验方案比较分析

通过对城市立交桥及高架桥的板梁检测,比较了预应力混凝土空心板梁的三种不同的静载试验方案,并分别从理论和实际上对结果进行分析,提供实际工程中板梁检测的可行方案。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。