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某特大橋橋墩墩身火災后安全性評定及修復

文檔作者：羅旋田軍吳偉國文檔來源： I．湖南省郴寧高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司 2．湖南大學土木工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年12月08日
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弟38巷，笫1期
2 0 1 3年2 月
公 始 上 程
Highway Engineering
Vo1．38，No．I
Feb． ，2 0 1 3
某特大橋橋墩墩身火災后安全性評定及修復
羅 旋‘。田
(I．湖南省郴寧高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南郴州
軍 ，吳偉國
423000； 2．湖南大學土木工程學院，湖南長沙410082)
[摘 要】以某公路特大橋橋墩墩身火災為 ，介紹了火災現(xiàn)場調(diào)查內(nèi)容和材料損傷檢測。根據(jù)材料強度損
傷檢測結(jié)果推斷墩身的受火溫度，在確定受火溫度的基礎(chǔ)上運用數(shù)值模擬方法確定了墩身的燒傷深度。通過分析
墩身火災前后承載能力的變化，依據(jù)火災安全性評定標準進行了不同受火面鑒定評級定并制定了相應的加固方
案，可為日后的火災工程事故研究和加固設(shè)計提供借鑒。
[關(guān)鍵詞】橋梁；火災；墩身；檢測；修復
[中圖分類號】U 928。7 [文獻標識碼】A [文章編號】1674—0610(2013)Ol一00158-05
The Fire Evaluation and Rehabilitation of Highway Bridge Pier
LUO Xuan ，TIAN Jun ，W U W eiguo
(1．Hunan ChenNing Expressway Construction and Development Co．，Ltd．，Chenzhou，Hunan 423000，
China； 2．College of Civil Engineering，Hunan University，Changsha，Hunan 410082，China)
[Abstract]Taking a highway super major bridge pier fire as an example，the fire scene investiga．
tion eorltents and material damage detection were introduced．The material strength damage detection resuits
was used to infer pier temperature ，basis on fire temperature ，numerical simulation method was
used to calculation the depth of the pier burns．The pier carryjng capacity was analyzed before and after
the fire，diferent surfaces exposure to fire were identified base on the fire safety standards，and the eorresponding
reinforcement program was developed． The accident was provided to future incidents of fire
engineering research and strengthening design．
[Key words]bridge；fire；pier；detection；repair
1 工程概況
某公路特大橋橋墩墩身高度為74．5 m，橋墩為
空心薄壁墩，外形尺寸為600×50O cm，壁厚為
80 ca，具體尺寸和構(gòu)造見圖1所示。墩身結(jié)構(gòu)混凝
土設(shè)計強度等級為C50，其上部結(jié)構(gòu)采用C55混凝
土箱梁；承臺采用的混凝土強度設(shè)計等級為C30。
橋墩所采用的鋼筋有HRB235和HRB335兩種，其
中墩身箍筋所采用的鋼筋為HRB335，其直徑為
l6，屈服強度為406 MPa，極限強度576 MPa?？v
筋采用的鋼筋為HRB335，其直徑為 32，屈服強度
為350 MPa，極限強度為535 MPa，彈性模量為2．0
×10 MPa。2008年9月6 13下午2點25分該特大
橋橋墩墩身發(fā)生火災，起因是堆放在橋墩墩身側(cè)面
(東面)的9 000 m長PVC塑料管，受到墩頂焊接作
業(yè)所落高溫焊渣作用，導致發(fā)生火災。火災一發(fā)生，
施工單位立即組織人員進行撲救，但由于火災發(fā)生
處與水源和消防滅火工具倉庫較遠，且可燃物堆放
密度大、風速大、火焰蔓延速度快，期間雖采用了噴
水、干粉滅火器噴射等滅火措施，仍無法撲滅火災。
圖1 墩身剖面圖(單位：cn1)
Figure 1 The pier body cross'section sketch
[收稿日期】20l2—10一I2
【作者簡介】羅旋(I983一)．女，湖南長沙人．]：程師，從事路橋二I：程管理與科研。
第1期 羅 旋，等：某特大橋橋墩墩身火災后安全性評定及修復 l59
火災大約持續(xù)了20 rain，使得橋墩受到了一定損傷，
需要判斷該橋墩能否繼續(xù)使用。本文介紹了該工程
通過現(xiàn)場調(diào)查、混凝土強度、鋼筋強度檢測以及根據(jù)
有關(guān)規(guī)范標準、數(shù)值等方法對混凝土燒傷鑒定以及
提出加固和修復措施的過程，提供一個工程實例供
同行參考。
2 火災后現(xiàn)場調(diào)查和檢測結(jié)果
由于橋墩墩身結(jié)構(gòu)下部發(fā)生過火災，局部混凝
土和鋼筋等材料因高溫作用導致?lián)p傷，會使得結(jié)構(gòu)
在正常使用產(chǎn)生不利影響。因此本次檢測的目的就
是通過外觀檢測、強度檢測，根據(jù)相關(guān)規(guī)范對受損程
度進行評級，分析火災對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。
2．1 外觀檢測
圖2給出了橋墩墩身(橫橋向(東))下部受火
損傷情況，其受火高度大致為8．5 m?？梢?，墩身東
側(cè)底部4．0 m高范周內(nèi)，混凝土保護層發(fā)生爆裂，箍
筋全部外露，主筋部分外露；4～8．5 m高度范圍內(nèi)，
混凝土明顯受火損傷，未發(fā)生爆裂，但大面積剝落，
鋼筋未外露。
現(xiàn)場觀測的內(nèi)容包括：墩身結(jié)構(gòu)受火面不同區(qū)
域的混凝土爆裂、剝落面積和露筋情況；混凝土受火
后表面的顏色變化；用小錘沖擊混凝土表面，辨別損
傷混凝土的聲音；檢測不同區(qū)域混凝土表面產(chǎn)生裂
縫的寬度，走向和長度。
根據(jù)上述觀察結(jié)果把受火面分為3個不同程度
的損傷區(qū)段，如圖2所示。發(fā)生火災時，雖然橋墩只
有一面受火，相鄰的兩個側(cè)面也可能受到一定程度
的損傷。因此，把圖2所示的受火面3個區(qū)段和相
鄰兩個側(cè)面，根據(jù)不同受損情況劃分3個區(qū)段，每個
區(qū)段分為3個測區(qū)，共9個測區(qū)，具體劃分情況如圖
3所示。
圖2 橋墩墩身火災受損情況照片
Figure 2 Photos of fire hazard damaged condition of the pier
body
口3 A3 C3
受火側(cè)面 受火面 受火側(cè)面
口2 A2 C2
Bl l Cl
圖3 分區(qū)示意圖
Figure 3 Partition sketch map
2．2 強度檢測結(jié)果
由于第1區(qū)段Al測區(qū)和第二區(qū)段A2測區(qū)混凝
土受火嚴重，混凝土發(fā)生了爆裂現(xiàn)象導致大面積剝
落。因此對Al和A2測區(qū)采用鉆芯法取得混凝土試
樣來檢測混凝土受火后的剩余強度，每測區(qū)取芯3
個。
通過外觀檢測發(fā)現(xiàn)其他測區(qū)的混凝土未見明顯
損傷，同時通過回彈法測得測區(qū)(B1、B2、C1、C2)角
部測點的回彈量與測區(qū)中部測點的回彈值無明顯差
別，其回彈法的測點見圖4。因此，采用測區(qū)角部測
點和其他測點的回彈值平均值作為判斷該區(qū)混凝土
的強度指標。
(a)B2、B2、CI、C2測區(qū)
0．9
．
0．8
．
0．8
．
0．8
．
0．8
．
0·9
口口口nT口口
口口[=i 口口
0l
(b)A3測區(qū)
圖4 回彈法測點布置示意圖(單位：m)
Figure 4 Rebound method measurement point layout sketch
m ap
鉆心取樣和回彈法測得的混凝土強度結(jié)果分別
見表1、表2。從表l可以看出：Al和A2測區(qū)混凝
土火災后抗壓強度折減系數(shù)分別為48％ 和64％ ，A1
測區(qū)混凝土的受損程度明顯大于A2測區(qū)，這是由于
該區(qū)域受火更加嚴重，且混凝土保護層發(fā)生嚴重爆
T，．．．． ．．．．上T。．．．． ．
160 公路工程 38卷
裂的結(jié)果。從表2給出的回彈結(jié)果可以看出：墩身
側(cè)面和與受火面相鄰的角部由于沒有受到火災的直
接作用，均未發(fā)現(xiàn)混凝土有強度損失。
表1 測區(qū)B1、B2、C1、 、A3混凝土強度回彈檢測結(jié)果
Table 1 Concrete strength rebound measurement Results of
Area B1，B2，C1，C2，A3 MPa
表2 測區(qū)A1、A2混凝土強度鉆芯檢測結(jié)果
Table 2 Concrete strength drilled core measurement Results of
Area AI，A2
蔓墾堡窒
測區(qū)1(A1) 測區(qū)2(A2)
3 檢測結(jié)果分析和鑒定結(jié)論
3．1 火災溫度的判定
火災溫度是直接影響火災后建筑結(jié)構(gòu)承載力的
重要因素，因此對受損建筑物火災溫度的判定是十
分重要的?；馂臏囟扰c火災現(xiàn)場堆放的可燃物種
類、數(shù)量、火災蔓延的火向等均有關(guān)系。火災溫度可
由火災持續(xù)時間、火災現(xiàn)場殘留物的燒損特征、受損
混凝土結(jié)構(gòu)的外觀特征及混凝土結(jié)構(gòu)燒損層厚度等
多種方法進行綜合判定 。本墩身不同區(qū)域的受
火溫度由材料的損傷程度確定(見表3)。
表3 火災后鋼材拉伸力學性能指標檢測結(jié)果
Table 3 Mechanical strain strength performance measurement
Results of steels which iS after fire hazard
對于Al面，由鋼筋拉伸和混凝土壓縮試驗檢測
結(jié)果表明，測區(qū)Al面箍筋的屈服強度與極限強度折
減系數(shù)分別為0．83和0．88，混凝土抗壓強度折減
系數(shù)為0．48。根據(jù)《火災后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標準》
給出的火災后鋼筋和混凝土強度折減系數(shù)與遭受溫
度之間的關(guān)系，可知測區(qū)Al面箍筋處(距受火面
60 lllrtr1)遭受的溫度為500℃ 一700 cI=，所測箍筋以
內(nèi)混凝土(距受火面60—75 mill左右)遭受的溫度
為500℃ ～600oC。
對于A2面，由鋼筋拉伸和混凝土壓縮試驗結(jié)果
表明，測區(qū)A2面箍筋的屈服強度與極限強度折減系
數(shù)分別為0．88和0．92，混凝土抗壓強度折減系數(shù)
為0．64。根據(jù)《火災后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標準》 給出
的火災后鋼筋和混凝土強度折減系數(shù)與遭受溫度之
間的關(guān)系，可知測區(qū)A2 面箍筋處(距受火面
60 mm)遭受的溫度為300 oc一500℃ ，所測箍筋以
內(nèi)混凝土(距受火面60～75 mlTl左右)遭受的溫度
為300 cI：一400℃ 。
3．2 燒傷深度的判定
采用有限元軟件ABAQUS 6．8對墩身受火面的
Al、A2兩個區(qū)域結(jié)構(gòu)的溫度場進行模擬以此確定結(jié)
構(gòu)燒傷的深度。建立測區(qū)A1模型的尺寸為L×H×
D=5 000 mill x4 000 mm×800 mill，測區(qū)A2模型的
尺寸為：L×H X D=5 000 mm×4 500 mm×800 mm
的混凝土模型(三、日和D分別為模型的寬度、高度
和厚度)。
由于墩身火災是由可燃物PVC塑料管引起，根
據(jù)PVC塑料管燃燒特性即點燃后引起的溫度能近
似達到ISO-834標準升溫曲線，因此在數(shù)值模擬中
可以按照ISO-834標準升溫曲線對模型單面受火進
行溫度場模擬，并與檢測分析結(jié)果對比，從而判斷混
凝土的火災后損傷深度。模型中所采用的熱工參數(shù)
參考文獻[3]，如下所示：
混凝土導熱系數(shù)A
-o．·6 +0．008( 卜
I W／m·k)， 20℃≤ ≤1 200 oC。
． 混凝土的比熱容c
+so×( ) ( ‘
20℃ ≤ ≤ 1 200 ℃ 。
混凝土的密度P。：P =2 400 kg／m’。
其中ISO-834標準升溫曲線為：
T= +345lg(8t+1)， ·
式中：7"o為初始溫度，本模型取為20℃ ；T為燃燒

162 公路工程 38卷
4 加固方案
根據(jù)橋墩火災后墩身混凝土結(jié)構(gòu)承載能力評定
等級，并結(jié)合墩身火災后受損情況，參考《火災后建
筑結(jié)構(gòu)鑒定標準》 中有關(guān)火災后混凝土構(gòu)件承載
能力評定等級標準的有關(guān)規(guī)定：評定為b級的重要
構(gòu)件應采用加固處理措施，因此，建議對存在受火災
損傷的3個區(qū)域給出如下處理建議：
① 對于A1區(qū)域(4 m高度范圍以下的區(qū)域)，
將火災受損混凝土鑿除掉，鑿至從墩身外表面至
120 mm處，箍筋全部除掉換新；對于A2區(qū)域(4—
8．5 m高度范圍的區(qū)域)， 將火災受損混凝、土鑿除
掉，鑿至從墩身外表面至100 mm處，箍筋全部除掉
換新。
② 對于A1和A2區(qū)域的主筋，建議增加17根
直徑為 32的HRB335級鋼筋，均勻布置并與外側(cè)
主筋平行，并置于原主筋中間截面，加固主筋下端錨
固人承臺的深度為320 mm。
③ 對于A3區(qū)域(8．5～至10．5 m高度范圍的
區(qū)域)，剔除掉混凝土保護層，剔除深度建議為
60 mm。
同時為了保證新舊混凝土能夠整體工作性能，
建議采用如下構(gòu)造措施和修復加固施工方法：
① 新舊混凝土結(jié)合面的處理，應鑿除混凝土火
災受損部分，鑿出深度分別按上述檢測受損深度確
定，結(jié)合面鑿毛凹凸差不宜小于6 mrri，并露出粗骨
料，清除松散顆粒，澆注混凝土前，用水洗凈鑿毛的
連接表面，并使其充分濕潤。
② 鑿除受損混凝土后，于舊混凝土上植筋，鋼
筋采用直徑16 mm帶肋鋼筋，植筋用膠粘劑采用改
性環(huán)氧類或改性乙烯基酯類的膠粘劑。植筋植入深
度為200 mm、縱向間距為250 mm，橫向設(shè)置在原有
主筋間，間隔設(shè)置。所植鋼筋的外側(cè)做3 d長直鉤，
搭接于箍筋處。植筋用膠粘劑應采用專用灌注器或
注射器進行灌注，灌注量一般為孔深的2／3，并應保
證在植入鋼筋后有少許膠黏劑溢出。注入膠黏劑后
應立即單向旋轉(zhuǎn)插入鋼筋，直至達到設(shè)計的深度，并
保證植入鋼筋與孔壁間的間隙基本均勻，校正鋼筋
的位置和垂直度。
③ 在箍筋外側(cè)加一層鋼絲網(wǎng)，以增加置換混凝
土保護層的抗裂性能，鋼絲網(wǎng)掛于所植鋼筋~l,fl0。
④ 采用微膨脹自密實混凝土，結(jié)合現(xiàn)有施工階
段混凝土墩身修復加固部位應力狀態(tài)，合理設(shè)計自
密實混凝土的微膨脹性能，使得新混凝土達到舊混
凝土相同的受力狀態(tài)，達到共同工作要求?；炷?
材料選用和配合比參照《自密實混凝土應用技術(shù)規(guī)
程CECS 203：2oo6) 確定。在施工前進行試配，經(jīng)
檢驗其性能符合設(shè)計要求后方可使用。
5 結(jié)論
特大橋橋墩遭受火災對結(jié)構(gòu)的承載能力有一定
損傷，本文通過現(xiàn)場調(diào)查、混凝土強度、鋼筋強度檢
測后，根據(jù)有關(guān)規(guī)范標準對混凝土燒傷情況進行了
鑒定，根據(jù)材料的損失情況采用有限元方法模擬計
算得到了混凝土燒傷深度，在此基礎(chǔ)上提出了加固
和修復措施，該橋墩加固完成后能很好滿足成橋后
墩身在正常使用極限狀態(tài)下的受力，使橋墩恢復正
常使用功能，本文工程實例可供處理同類工程結(jié)構(gòu)
火災事故時參考。
[參考文獻]
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