某城际铁路混凝土桥墩火灾后检测评估与处治北大核心

某城际铁路高架桥一圆端形混凝土桥墩发生火灾,桥墩过火时间约12 min。为了解火灾对桥墩的影响并指导后续维修处治,对火灾现场进行调查,并对混凝土抗压强度、碳化深度、内部缺陷,以及钢筋保护层厚度和墩身垂直度进行专项检测;基于检测结果与温度场分析对材料性能与几何参数进行折减,采用有限元法分析桥墩承载能力;根据桥墩火灾后评估结果,对桥墩进行外包混凝土加固处治。结果表明:火灾仅造成墩身过火区域混凝土剥落,最大剥落深度4 cm;过火区域和未过火区域混凝土抗压强度未出现明显差异,碳化深度较小,混凝土弹性波速度变化不大,内部整体较为均匀;火灾高温最大影响深度55 mm,对钢筋的力学性能影响不大;墩身垂直度满足规范要求;墩身混凝土剥落区受火最高温度为500~700℃,未剥落区混凝土受火最高温度低于300℃;火灾后墩身混凝土压应力变化不大,墩顶纵向水平线刚度略有降低,墩顶水平位移有所增大,但均满足规范限值要求;该桥处治后,运营至今使用正常,处治效果良好。     

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。     

预应力混凝土空心板梁火灾损伤特性研究

为探究火灾对预应力混凝土空心板梁受力性能的影响机理,制作10片跨径13 m的预应力混凝土空心板梁进行火灾模拟试验和火灾后的静力加载试验,分析火灾过程中及火灾后的试件状态、梁体内部温度及火灾后的剩余承载能力。结果表明:火灾初期梁体受火面混凝土会随机性爆裂,爆裂削减了钢绞线的混凝土保护层厚度,导致钢绞线火灾中温度显著升高;随着火灾时间增长,梁体腹板中部出现竖向裂缝,梁体逐渐下挠,内部温度逐渐升高,但高温影响区主要集中在距受火面10 cm以内。火灾后梁体剩余承载能力跟火灾持续时间有一定的关联性,但关键取决于火灾中钢绞线经历的最高温度;钢绞线的混凝土保护层爆裂越严重,保护层厚度越薄,钢绞线经历的温度越高,火灾后梁体承载能力损失越严重。     

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。     

松花江大桥耐久性检测与碳化寿命预测

松花江大桥主桥采用大跨度预应力混凝土连续箱梁结构。对该桥的外观质量、混凝土强度、混凝土碳化深度及混凝土保护层厚度进行耐久性检测,并将检测结果进行分析,分析结果表明:该桥主要构件的混凝土强度实测值均满足原设计要求;桥墩混凝土的碳化深度测试值离散性较大,混凝土密实性存在一定差异;混凝土保护层厚度控制良好,主要构件的保护层厚度基本满足现行规范要求,且具有良好的统计规律。利用概率方法及可靠度理论对松花江大桥进行碳化耐久性分析和使用寿命预测,结合桥梁结构形式得到该桥的碳化寿命为107年。     

橡胶混凝土耐热性能及抗碳化性能研究

为了研究橡胶混凝土的耐热性能和抗碳化性能,通过试验研究了橡胶粉掺量和受热温度对混凝土质量损失和抗压强度的影响,以及橡胶粉掺量和碳化时间对碳化后混凝土碳化深度、和强度指标的影响。试验结果表明,随受热温度的升高和橡胶粉掺量的增大,质量损失逐渐增大,而抗压强度逐渐减小,其中当受热温度大于600℃时橡胶混凝土的耐热性能大幅降低;各橡胶粉掺量下抗压强度和受热温度之间有很好的线性相关性,其中加入橡胶粉后︱A︱增大,混凝土温度敏感性增强。橡胶粉对碳化深度、碳化后抗压强度和抗折强度的影响规律不明显,当掺量小于10%时,混凝土碳化主要发生在14 d之后,而当掺量大于20%时碳化从7 d开始加速;橡胶粉掺量越多,碳化后混凝土折压比越大,混凝土弯曲韧性越好。     

北京市南三环东铁营桥火灾后桥梁加固研究

桥梁在火灾高温下,构件混凝土局部爆裂、露筋,使混凝土和钢筋的强度及变形性能劣化,结构承载力降低。现结合北京市南三环东铁营桥火灾后检测评估实例,运用火灾中混凝土桥梁破坏机理,研究过火构件设计加固方案。其方法和思路可为处理类似混凝土桥梁火灾受损评定与加固提供有益的参考。     

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。     

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。     

某预应力砼空心板桥火烧后的检测与加固

中山市古神公路福隆中桥建成通车10d后桥梁遭受火灾，梁底砼大面积剥落及露筋。通过外观、砼强度、砼碳化情况、钢筋力学性能等检测和静载试验，评估结构受损后的状态和性能，提出加固设计方案。     

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。     

钢筋混凝土桥梁火灾后检测评估

为了制定火灾后桥梁的维修措施,需对火灾后桥梁进行检测评估。以某火灾后钢筋混凝土桥梁为背景,介绍该桥检测评估主要内容。根据混凝土颜色改变、火灾裂缝、锤击反应、混凝土脱落、受力钢筋露筋、受力钢筋粘结性能及结构变形等方面对火灾后桥梁进行初步鉴定。初步确定受损区域等级后,采用表观检测法和热分析法相结合的方式对火灾温度进行评定,采用钻芯法对混凝土强度进行测定,对露筋区域的钢筋进行钢筋屈服强度测试,结合各项测定结果,综合判定混凝土及钢筋刚度满足设计要求。最后为检验桥梁火灾后的承载能力,对桥梁进行了静动载试验。     

混凝土梁桥火灾后检测评估研究

某预应力混凝土高架桥火灾后受到损伤,为了制定维修措施,对火灾后桥梁进行检测评估。表观检测发现箱梁底板、腹板、翼缘板和桥墩墩身混凝土均有破损;综合热分析和X射线衍射分析得到桥梁火灾时的灼着温度;在箱梁火烧后的腹板处取芯样进行混凝土轴心抗压强度试验,截取过火后露出的主筋进行钢筋抗拉力学性能试验,得到的结果均满足规范要求;对受损前、后桥梁线形进行对比分析,桥梁未见明显下挠;动力特性测试结果显示火灾后桥梁整体刚度明显降低。依据检测结果及采用有限元软件计算得到的结构检算结果,判定该桥属危险构件,必须立即采取加固措施或拆除。     

基于可靠度理论预应力混凝土桥梁使用寿命预测研究

针对预应力混凝土桥因耐久性或承载能力无法达到要求而寿命终结,为对其耐久性和安全性进行有效评估,基于抗力衰减和可靠度理论建立预应力混凝土桥使用寿命预测方法。该方法考虑混凝土碳化、钢筋锈蚀、预应力损失和荷载效应等因素,依据设计规范,以临界可靠指标的形式给出预应力混凝土桥碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命终结的判定标准,得出碳化寿命、锈胀开裂寿命和抗弯承载能力寿命的极限状态方程,对桥梁的使用寿命进行预测。采用该方法对某新建预应力混凝土梁桥的碳化寿命、锈胀开裂寿命和承载能力寿命进行预测。理论研究和应用结果表明,在一般大气环境及正常养护和运营条件下,该桥耐久性和承载能力在设计基准期内满足要求,并根据预测结果给出运营过程中检测周期的建议;该方法可有效评估预应力混凝土桥使用寿命。     

某混凝土公路桥火灾后损伤评定

为给火灾后桥梁的维修加固提供合理意见,需先对灾后桥梁进行损伤评定。以某受火混凝土公路桥为研究对象,根据混凝土表观检测进行受损区域划分,初步确定构件不同区域受损程度。采用碳化深度及回弹检测法分析确定各区域的受火影响范围和深度。进行构件不同区域表面过火温度的分析,推定混凝土内部温度,在此基础上进一步推定出混凝土及钢筋力学性能的退化情况,最后对桥梁性能进行损伤评定。经评定分析该公路桥受火最严重的箱梁底板及桥墩评定为Ⅲ级中度烧灼,对结构安全和正常使用有不利影响,应采取相应加固维修措施。     

大气环境混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析

为实现大气环境混凝土碳化作用时混凝土桥梁耐久性参数敏感性分析的目标,给出耐久性退化过程中3个关键时刻的计算数学模型和截面退化的模拟方法.以一座预应力混凝土连续梁为对象,利用材料退化数学模型和混凝土桥梁耐久性分析程序,研究保护层厚度、CO2浓度、大气温度、大气湿度和混凝土强度等主要设计参数对混凝土桥梁耐久性能的影响程度.分析结果表明:在整个退化过程中,保护层厚度对整个过程都有显著影响,CO2浓度和混凝土强度分别对钢筋开始锈蚀时刻和钢筋锈蚀速率有显著影响,大气温度和大气湿度对整个过程均无较大影响.增大保护层厚度和采用高强度混凝土可明显改善大气环境下混凝土桥梁的耐久性能.     

混凝土桥梁火灾损伤数值分析方法研究

以混凝土桥梁为研究对象,进行火灾作用下的混凝土结构损伤数值分析。首先,根据桥梁火灾特点,制定火灾热释放速率分析方法,并对桥梁火灾发展过程进行分析,建立了桥梁火灾模型。然后,采用FDS进行桥梁火灾数值模拟得到火灾温度场,并以此为基础进行了桥梁结构温度分析。最后,根据不同温度下的混凝土外观损伤特点,进行了桥梁外观损伤分析。同时,根据温度沿混凝土板厚的变化规律,建立了受火桥梁损伤深度计算方法。通过上述研究,形成了适用于混凝土桥梁火灾损伤的数值分析方法,可用于桥梁火灾损伤评估,有助于提升桥梁养护质量。     

钢绞线腐蚀时变效应对预应力混凝土梁桥影响研究

基于混凝土碳化理论分析预应力筋腐蚀开始时间,提出预应力钢绞线腐蚀截面积退化时变模型。通过已有试验成果对比研究,提出由腐蚀电流密度和时间表达的腐蚀钢绞线力学性能退化时变模型,包括名义极限强度、极限延伸率、名义弹性模量时变模型;并推导建立由于钢绞线腐蚀引起的预应力损失时变模型。在此基础上,以预应力混凝土空心板桥为例,分析预应力钢绞线腐蚀后其梁体应力、抗弯承载力和可靠度等的经时变化。研究表明:预应力筋是预应力混凝土梁桥性能表现的重要参数,一旦发生腐蚀,其应力水平、抗弯承载力及可靠度将急剧下降,在短短几年内就可能危及桥梁的安全。     

基于随机性的混凝土碳化寿命预测

基于影响混凝土碳化深度的各类因素,提出了混凝土桥梁的碳化时变随机模型。现以混凝土碳化深度达到钢筋表面这一状态作为结构的耐久性失效的极限状态,建立混凝土桥梁碳化程度时变可靠度分析及剩余寿命预测模型,并现以福建一座服役中混凝土桥梁为例,进行碳化可靠度分析和剩余寿命评估。该方法得到的结论对实际桥梁的耐久性评价和桥梁日常维护决策提供了依据。     

陕北地区低湿条件下混凝土碳化深度及影响因素研究

为深入分析导致混凝土碳化的各类因素,降低碳化的破坏作用,通过对陕北地区低湿条件下几座隧道的二次衬砌,桥梁的桥墩、承台、桥台的碳化深度进行测试,分析低湿环境下混凝土强度、龄期、光照、结构物位置与碳化深度的关系,得到适合该地区的碳化深度预测公式xc=0.312 51t和y=0.103t0.713。在降低混凝土碳化的不利影响方面,通过隔绝空气以及调整混凝土配合比,可以保证在密实度得到改善的混凝土中建立一个适度的高碱环境,以减少或避免碳化对混凝土耐久性的破坏。