钢筋混凝土桥梁火损检测与加固
2015-07-02
一、前言
目前，对国内钢筋混凝土桥梁的火损检测和加固施工做得还不够到位，导致钢筋混凝土桥梁施工质量受到了一定的影响，因此，我们研究钢筋混凝土桥梁火损检测与加固技术很有意义。
二、钢筋混凝土构造的火损特征
对于高温状态下钢筋混凝土的材料性能而言，多数中外学者已展开大量研究，并根据微观结构的实践研究，以对宏观结构产生的机理进行解释说明。下面简单介绍钢筋混凝土构造的火损特点：
1、耐久性的特征
在温度大于501℃的状态下，钢筋混凝土中游离的氢氧化钙（CaOH2）成分将进行热分解的反应，促使混凝凝土的性质变化成中性，从而降低其保护钢筋的能力，严重影响了混凝土结构的耐久性。
2、受火混凝土的性能特点
钢筋混凝土自身特有的强度与其耐火的温度、火灾持续的时间等，均是影响其构造力学性能的关键因素，其中耐火的温度影响最为显著。遭受火损后，钢筋混凝土的颜色将发生改变。并且混凝土本身也随之出现疏松、爆裂或者裂缝等现象，这些均是受到耐火温度的影响导致而成的。
三、火灾中温度对钢材的影响
钢材的物理性质：钢材在正温范围内，温度约在200℃以上时，随着温度的升高，钢材的抗拉强度、屈服点和弹性模量都有变化，总的趋势是强度降低、塑性增大；温度在250℃左右，钢材的抗拉强度略有提高，而塑性却降低，因而钢材呈现脆性，在此区域对钢材再加热，钢材可能产生裂缝。此外，当温度达到250-350℃范围内时。钢材将产生徐变现象，钢材的性能受到不同程度的损伤。据一些专家对钢材进行温度试验分析，当钢材在升温1h，恒温加热1小时后进行检测，结果是有屈服台阶的16Mn钢筋在900℃以下时的强度和延伸率变化很小，温度达到1000℃时，钢材强度下降10％；无屈服台阶的冷拔低碳钢丝经过2h升温至600℃以下，则强度受到影响不大；而温度在600℃以上时的极限强度下降达40％。据有关专家对大多数火灾事故现场中构件钢筋的测试结果表明，混凝土保护层剥落的预应力板钢丝受热温度超过600℃，梁柱构件钢筋温度低于600℃，因而，在一般情况下，火灾对钢筋的影响较比混凝土小，对于I、II级钢筋在温度达到900℃以上时才有明显的影响，由于钢筋构件混凝土保护层的作用，通常构件中的钢筋温度低于此值，可以说火灾一般对I、II级钢筋的影响不很大。但是，在600℃以上的高温却使冷却后的冷拔低碳钢丝强度大幅下降40％左右，从中可以说明火灾对预应力钢筋混凝土板的影响较大，由于建筑荷载大部分承重在板上，从而破坏结构的整体性，造成更大的危害。
四、钢筋砼结构加固的几种加固技术
1、预应力下撑拉杆加固法
对预应力筋对结构中的梁、板进行加固,首先在需加固的受拉区段外面补加预应力筋,然后张拉预应力筋,并将其锚固在梁(板)的端部。钢筋砼构件采用预应力下撑式拉杆加固定后,形成一个由被加固构件和下撑式拉杆组成的复合超静定结构体系,在外荷载和预应力共同作用下,拉杆中产生轴向力并通过与构件的结合点,传递给被加固构件,抵消了部分外荷载,而且还能较大幅度地提高结构整体承载力。
图1 体外预应力法在某桥梁加固中的应用
2、增大截面加固法
增大截面加固法,是指在原受弯构件的上面或下面再浇一层新的砼和补加相应的钢筋,以提高原结构构件承载力的方法。它是工程中常用的一种加固方法。在钢筋砼受弯构件受压区加砼现浇层,可增加截面有效高度,扩大截面面积,从而提高构件正截面抗弯,斜截面抗剪能力和截面刚度,起到加固补强的作用。在适筋范围内,混凝土弯变构件正截面承载力随钢筋面积和强度的增大而提高。加大截面加固法施工工艺简单、适应性强,并具有成熟的设计和施工经验;适用于梁、板、柱、墙和一般构造的加固。
3、粘结外包型钢加固法
外包钢加固是把型钢或钢板包在被加固构件的外边,外包钢加固钢筋砼梁一般应采用湿式外包法,即采用环氧树脂化灌浆等方法把型钢与被加固构佣粘结成一整体,加固后的构件,由于受拉和受压钢截面面积大幅度提高,因此正截面承载力和截面刚度大幅度提高。该法也称湿式外包钢加固法,受力可靠、施工简便、现场工作量较小,但用钢量较大,且不宜在无防护的情况下用于600C以上高温场所;适用于使用上不允许显著增大原构件截面尺寸,但又要求大幅度提高其承载能力的砼结构加固。
五、钢筋混凝土结构火灾后的加固和修复
1、火灾分类
火灾损害大致可以分为下列几类：①轻度损害：在局部范围内的表面损害，边沿剥落和产生裂缝；②中度损害:结构部件没有塑性变形，但有严重的截面损害以及钢筋强度降低；③在单个建筑部件和结构范围中的严重损害：承重构件部分或完全失去作用，但不致倒塌；④化学损害：目前最重要的情况是聚氯乙烯燃烧气体对混凝土结构的侵蚀。
2、加固修复原则
修复加固设计应简单易行、安全可靠、经济合理;要注意被加固构件的节点构造和施工方法，保证加固部分与原结构共同工作并考虑加固对建筑物总体应力变化的影响。由于修复加固的构造及施工方法与正常建设时不同，故必须强调精心施工，确保质量。
对于火灾教严重的情况，铲除损坏的混凝土，必要时加钢筋来保证结构部件具有完全的承载力，按照需要的尺寸用相应的混凝土给截面复原，加固可采用置换、绕丝、粘钢和粘玻璃钢等方式。
对于不影响结构部件的承载能力的轻度损害，只要铲除松弛的混凝土部分，再进行填补，作好混凝土表面，以保证钢筋不受锈蚀。
对于能够造成结构承载能力降低的中度损害，应小心地铲去损害的混凝土层。这种混凝土层从火烧的颜色即可看出，不必对其强度作精确的调查，而火烧颜色因混凝土组成和达到的温度不同而不同。一般来说，受损的混凝土呈鍺红色存留的混凝土表面最好利用喷砂清洗干净并弄粗糙。如果钢筋强度降低，需要置放附加钢筋。最后用相应强度的新混凝土给截面复原。新、旧混凝土之间必须有良好结合，钢筋与混凝土必须有良好结合，根据结构部件的不同。大多采用喷射混凝土或者模板浇注。
3、加固修复方法
（一）柱子的加固一般是采用安放圈套进行的，圈套尺寸的选择应保证能有足够地方放置附加钢筋，并能顺利浇灌混凝土:圈套大都做成模板，柱子较高时可分节制作加固时谨慎地铲去全部受损松弛的混凝土，保证柱子中不留内部裂缝，必要时采取加支架等安全措施。柱子的加固还应按照应力要求放置附加钢筋，要采用细钢筋做箍筋，布置密度要大。
（二）梁的加固。尤其是板梁大多总是在下侧被烧损，即火灾损害主要在受拉区。由于混凝土层剥落，常使钢筋外露，加固时应加必要的附加钢筋。在铲除松弛受损的混凝土层后，再将附加筋放置到梁上，保证附加钢筋的良好锚接：另外在梁上应优先采用喷射混凝土。在板上可能有两种情况：一是混凝土覆盖层不能保持住；二是下面的钢筋可能外露，在一些地方混凝土与钢筋之间不存在任何联接。这两种情况下都应高度注意钢筋的强度，要配置足够的附加钢筋。对砌体等其它建筑构件的加固也应按类似的方法进行。
六、结束语
在今后钢筋混凝土桥梁火损检测与加固的过程中，要不断提高施工的技术，通过可靠的检测技术和加固技术来提高桥梁的抗火和抗外力的水平，从而提高桥梁运行的安全性。
