火灾后预应力空心板梁承载能力评估分析

文／上海同丰工程咨询有限公司 陈春光

关键字:火灾；预应力空心板梁；承载能力；评估

众所周知，公路桥梁火灾事故时有发生，桥梁构件受到火灾损坏后，其物理化学性能都会出现一定程度的改变，桥梁安全性及其耐久性有所下降，为制定有效的加固养护对策，必须要科学开展好承载能力评估工作。

1 火灾后预应力空心板梁承载能力评估

上海某桥为一座3 跨预应力混凝土简支梁桥，斜交20°，桥梁全长36.6m，跨径组合为3×12.0m。2016 年2 月，该桥北边跨桥下发生火灾，桥跨上下部结构受损严重。

1.1 火灾情况现场调查

据初步了解，上海某桥北边跨桥下火灾发生时间为2016 年2 月13 日早上7:50 左右至当日上午11:30。

1.2 火烧后表观缺陷检查

第一，受火灾影响，北边跨全部空心板梁均有不同程度的损伤，21 榀主梁中有7 榀主梁受损严重，梁底混凝土有大面积剥落且剥落深度均在40mm 以上，剥落面积在15.1m2～60.0m2之间，绝大部分主梁剥落面积均占单榀主梁梁底总面积的20%以上，未剥落区域混凝土存在网状粗裂缝，其中有5 榀主梁（1#、2#、3#、5#、8#梁）因梁底混凝土剥落深度过大（3#梁最大剥落深度达74mm），造成多根钢绞线外露，其余14 榀主梁梁底混凝土局部剥落或角部混凝土起壳，梁底也有明显网状裂缝。

第二，0#桥台台帽表面及1#桥墩盖梁北侧面被火烧后混凝土大面积剥落，局部露筋，剥落面积分别为42.8m2与11.3m2，最大剥落深度分别为65mm 与75mm，其余未剥落区域混凝土则为大面积网裂、起壳。1#桥墩墩身及桥墩盖梁南侧面表观质量较好，未受火灾影响。

第三，对北边跨全部主梁两端支座进行检查，发现2#、15#、20#空心板梁北端西侧及5#空心板梁南端东侧支座均存在脱空现象，对脱空支座近距离检查，发现2#、15#、20#主梁脱空支座（支座位于桥台上方）状况较好，仅表面被烟熏黑，未见变质损坏，5#主梁脱空支座（支座位于桥墩上方）受损严重，被火烧后橡胶发生变质、破损。桥墩上方支座受损程度较桥台支座严重，这是由于支座摆放位置不同所致，经测量，桥台处支座边缘距台帽表面距离为58mm，而桥墩处支座边缘距盖梁表面距离为26mm，桥墩处支座受火灾影响较大。

1.3 混凝土结构无损检测结果与分析

①主梁上拱度检测。除无法测量的主梁外，其余主梁在火灾后仍有一定的上拱度，由于火灾前空心板梁的预拱度未知，目前已无法准确评估每片梁火灾后可能产生的下挠，仅从跨中断面各主梁上拱度的横向比较看，损伤等级为Ⅲ级的主梁上拱度较受损相对较轻的Ⅱb 级主梁上拱度偏小，受损程度最轻的Ⅱa 级主梁上拱度存在大小不一的情况，应是主梁预制时所致，与火灾影响不大。

②混凝土保护层厚度检测。本次抽检上部结构的16 榀空心板梁完好处主筋混凝土保护层厚度平均值为31.0mm ～44.0mm，均满足该桥设计保护层厚度不小于30mm 的要求。其中受损程度为Ⅲ级的7 榀主梁扣除火灾引起剥落混凝土厚度后已不能满足规范要求，同时现场检测发现有4 榀主梁预应力钢绞线有裸露现象。

③抽检的下部结构0#桥台台帽和1#桥墩盖梁完好部位箍筋保护层厚度平均值分别为39.0mm 和43.0mm，均满足设计保护层厚度不小于30mm 的要求，扣除火灾引起剥落混凝土厚度后则不能满足规范要求，同时现场检测已发现桥台台帽和桥墩盖梁局部有钢筋外露现象。

④混凝土碳化深度检测。检测结果表明，抽检的主梁完好部位混凝土平均碳化深度值为2.5mm ～4.0mm，桥墩盖梁和桥台台帽完好部位混凝土平均碳化深度值均为11.0mm，上下部结构混凝土碳化程度一般。

⑤混凝土强度无损检测。根据回弹法检测结果，该桥跨在火灾后，各主梁混凝土强度均呈现明显降低。由于桥台台帽和桥墩盖梁表面受火烧影响，表面混凝土全面网裂和起壳，导致回弹法检测混凝土强度结果偏低。

1.4 火灾后空心板梁承载能力鉴定

该桥北边跨21 榀主梁中，目前仅有损伤等级为Ⅱa 级的3榀主梁能够满足原设计公路-Ⅰ级荷载的安全承载要求，其余受损等级为Ⅲ级和Ⅱb 级的全部主梁以及Ⅱa 级剩余的主梁，共计18 榀主梁受火灾影响显著，钢绞线强度、弹性模量等性能及有效预应力均损失较多，已无法满足原设计荷载的安全承载要求。

1.5 评估结果

按照《公路桥梁技术状况评定标准》（JTGTH21-2011），上海某桥北边跨火灾后当前的技术状况总体评定为5 类（主要构件存在严重缺损，不能正常使用，危及桥梁安全，桥梁处于危险状态）。受火灾影响，北边跨21 榀主梁中，目前仅有3 榀主梁能够满足原设计公路-Ⅰ级荷载的安全承载要求，其余18 榀主梁受火灾影响显著，钢绞线强度、弹性模量等性能及有效预应力均损失较多，已无法满足原设计荷载的安全承载要求。另外，该桥北边跨上、下部结构受火灾影响损伤严重，必须对该桥跨采取大修，大修实施前，建议继续封闭全桥交通，禁止一切机动车辆通行，确保安全。

2 火灾后预应力空心板梁加固措施

2.1 钢板粘贴补强法

选择环氧树脂粘接剂，把钢板粘贴于混凝土结构物的受拉区薄弱位置，让其和结构物之间形成一个整体，从而取代要增设的补强钢筋，借助于钢板和补强结构来增加其刚度，避免裂缝变大，优化钢筋和混凝土的应力状态，促进梁承载性能提高[1]。选择钢板粘贴补强法进行桥梁加固目前已经得到了非常广泛的应用，这种加固措施表现出如下几方面的优点：第一是无需对被加固的原有结构物造成破坏；第二是加固作业质量要求较高但实际施工较为简便，无需专门的技术人员负责；第三是加固作业基本上不会改变原有结构物的尺寸；第四是可以在相对较短的时间内完成加固；第五是不会对建筑原有形态和历史价值带来影响。钢板粘贴补强法的一般形式主要包括板梁桥或T 梁桥梁底粘贴纵向钢板进行加固、箱梁或T 梁梁腹位置选择斜向钢板进行加固、悬臂梁牛腿或挂梁端部粘贴、拱桥拱圈粘贴等。

2.2 增大截面加固法

增大截面加固法主要是借助于提高构件截面与配筋来增强其承载性能、刚度以及稳定性。按照构件受力特征以及实际加固目的、构件具体尺寸等相关元素可选择单侧、双侧、三侧加固，亦或是四面包套加固[2]。比如说梁一般选择上、下侧加固层进行加固，中心受压柱往往选择四面外包进行加固，偏心受压柱一般选择单侧或双侧加厚层进行加固。加固作业中需要把新旧钢筋予以焊接，注意新旧混凝土之间的结合。该加固方法由于加厚层相对较薄且钢筋较密，浇筑材料通常为高强无收缩灌浆料或细石混凝土，配置钢筋也可以选择型钢以及钢板，该加固方法的技术特征是在设计构造上应当充分考虑到新加部分和原有部分的整体性以及共同受力的问题。当加固结构处于受力状态时，结合面会产生各种应力，如典型的拉力与剪力，弹性阶段结合面的剪应力与法向拉应力通常是新旧混凝土的粘结强度承担；开裂后至极限状态，则通常是依靠贯穿结合面的锚固钢筋或锚固螺栓形成的被动剪切摩擦力传递[3]。

3 小结

总之，预应力空心板梁遭受火灾损坏后，应当及时对受灾桥梁实施科学有效的检测评估，从而尽可能把火灾带来的风险因素降到最低。实际工作中要结合现场具体情况，对预应力空心板梁结构实施快速、全面的检测，做好现场检测后对火灾中结构的温度、材料强度变化情况以及构件损伤情况实施科学分析，进而制定出有针对性的维修加固方案。