摘 要 近年来，高速公路桥梁火损现象时有发生，过火后的桥梁构件，其建筑材料的物理化学指标都存在不同程度的变化，桥梁的安全及耐久性降低，为制定科学的养护措施，本文以某高速公路中桥预应力空心板梁为例，阐述受损板梁检测评估的内容、原理及过程。
关键词 板梁；火损；检测
中图分类号U44 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）92-0087-04
0引言
近年来，高速公路桥梁火损现象时有发生，过火后的桥梁构件，其建筑材料的物理化学指标都存在不同程度的变化，桥梁的安全及耐久性降低，为制定科学的养护措施，需要进行一系列的检测评估。本文以某高速公路中桥预应力空心板梁为例，阐述受损桥梁构件检测评估的内容、原理及过程。
该桥长44.44m，上部结构采用3m×13m预应力混凝土空心板梁，先简支后桥面连续，保护层4.5cm，下部结构采用单排柱式墩及单排桩柱式桥台，半幅宽20.75m，2012年5月份一辆装有液态苯乙烯的槽罐车在该处翻车，泄露至桥下的液态苯乙烯着火，造成该桥右幅1#孔12块板梁受损严重，桥梁其它部分未受大的损伤，曾有专家现场踏勘后建议立即中断交通。但在经过详细的检测评估后，我们作出了在不中断交通情况下进行修复加固的养护对策。
1板梁检测评估内容
按照规范，检测评估内容应包含桥梁所有部分，但本桥除板梁其余部分都基本完好，且限于篇幅要求本文仅就预应力混凝土空心板梁阐述。
1.1旧桥资料调查
主要调取了该桥设计建设档案，掌握基本情况。
1.2火灾情况调研
与管理部门、消防部门以及周边居民沟通，了解火灾具体情况，包括火灾发生原因、持续时间、火堆高度、灭火方式等信息，并按要求采集火损后的各类残留物等证据，为温度场分析奠定基础。
1.3板梁外观缺陷检测
1.3.1混凝土表面特征调查
针对混凝土表面特征（颜色、裂缝、掉皮、缺角、疏松和损伤深度）进行调查，调查各区域混凝土的表面特征和损伤参数，为温度场分布及其损伤定级提供依据。
1.3.2构件缺损程度及变形观测
主要调查构件损伤后的构件尺寸，混凝土剥落深度等，以及板梁变形情况等，为后续评估提供数据支持。
1.3.3钢筋外观调查
对已经暴露出来的钢筋和凿除混凝土之后露出来的钢筋进行调查，详细记录裸露钢筋的特征。
1.3.4裂缝调查
调查构件表面有无裂缝，若有裂缝，则应调查裂缝分布位置、裂缝宽度和长度。
1.4结构材质检测
需要对过火区域和未过火区域进行分别检测，以进行对比。主要包括强度检测和碳化深度检测，前者用回弹仪检测，后者则采用化学试剂法精确测量碳化深度。对于钢筋只需根据外观情况判断是否烧熔、变形，某前没有比较好的无损检测方法。
2检测评估主要原理
混凝土和钢筋材料的性能与温度有非常密切的关系，国内外试验研究表明过火后的混凝土和钢筋其各项力学指标严重衰减，所以如果钢筋或混凝土单独遭受火灾，基本上成为废品。但有趣的是，对于钢筋混凝土构件来讲情况则有所不同，这主要是因为钢筋混凝土构件普遍有4公分以上的混凝土保护层，而混凝土的热传导表现出很大的惰性，这使得构件即使在很高的温度下，但只要时间不是足够长，高温很难影响构件的内部，所以对过火桥梁的检测评估，首先要确定火场温度、过火时间以及钢筋混凝土构件在高温下温度传递规律，然后再根据混凝土和钢筋在高温过程中、过程后的规律进行最终的评定。
2.1过火时间与过火温度的确定
桥梁构件过火时间和温度是判定其损伤程度的重要依据，必须准确判定。
2.1.1过火时间
现场系苯乙烯燃烧造成，苯乙烯易挥发、闪点低，着火后急速燃烧甚至爆炸。根据现场村民、消防人员口述，判定火势持续约30分钟后熄灭。且灭火时并未直接向过火板梁浇水。
2.1.2火场温度分析
对于火场温度的了解，可以在传热学的理论的基础上，通过试验实测后进行分析，国内外在这方面做了大量的工作，给出了一些火场的温度分布曲线，同时也给出了一些混凝土构件（如梁、板、柱等）在高温下的简化计算方法和温度分布曲线。目前火灾温度曲线采用较多的为ISO834、EUROCODE火灾升温曲线，具体见图1所示。本次火灾温度是参照欧洲规范（EUROCODE） 提供的烃类理论火灾升温曲线，该曲线能够体现出苯乙烯快速燃烧的特点，具有一定的代表性和规律性。从图上可以推出，理论上这场火灾的最高温度大概在900度左右。另外我们还可以通过一些间接方法来验证各块板在火灾过程中经受的最大温度。如物质熔点判定法、碳化深度评定法、表面颜色判定法等，尤其是颜色判定法，系根据混凝土在不同温度下，表面颜色逐渐变化，当混凝土表面粘附着黑色烟尘时，一般受火温度小于300℃；当火灾温度达到300℃～600℃时，其表面呈松红或浅红色；当温度达到600℃～900℃时，其表面显灰色；当温度为900℃～1000℃时，其表面呈浅黄色。 这种方法相对来说较准确。
2.2高温作用下及作用后混凝土的力学性能
混凝土是非匀质复合材料，在高温下其物理力学性能较常温时有很大的差异，但大都有一定得规律，特别是一些温度临界点前后，这些规律对过火板梁的评估非常重要。
2.2.1高温作用下及作用后混凝土抗压强度的变化
2.2.2高温作用下及作用后混凝土弹性模量的变化
高温作用下混凝土的弹性模量随温度呈持续衰减的趋势。 高温作用后混凝土弹性模量随着温度的升高而不断降低，特别是当温度大于600℃后，降低更为迅速，基本丧失抗压变形能力。因此，火灾后混凝土结构容易产生残余变形，这也是问什么要进行变形观测的道理。
2.3高温作用下及作用后钢筋的力学性能
在高温作用下，小于300℃时，钢筋的抗拉强度、延伸率变化均不明显，但大于400℃时明显劣化。高温作用后，抗拉强度略降，但不超过10%，所以在进行火灾后混凝土结构安全性鉴定过程中，对钢筋强度K可取0.10的火灾损伤系数。延伸率变化也不是非常糟糕，即便是900℃，降低才30%。
2）爆裂板梁不同深度范围内温度评定
3.2主梁材质检测结果
3.2.1混凝土强度调查
本次采用回弹仪测试法分别选取了过火区和非过火区20个点位测试来评定了混凝土强度，对过火区有剥落现象的，将剥落的地方凿除，测试新鲜的表面。结果表明，未过火区域和保护层剥落但凿除后检测的区域强度推定值均在48 MPa以上，只有一些受火后熏黑，局部掉皮，其表层混凝土强度仅有30 MPa，不满足40号混凝土要求，与理论上基本一致。
3.2.2混凝土碳化深度调查
选取20个点位，碳化平均深度3.7mm，最高4.5mm，与理论判定业基本一致。
3.3板梁评定分析
板梁过火后，其组成材料的力学指标有所下降，但是本桥过火时间较短，实际上主筋的净保护层厚度超过45mm，由温度场分析可知距离混凝土表面45mm深度以内的材料所经历的火灾温度较低，对材料的力学性能影响较小。本次混凝剥落深度基本上在2.5cm左右，考虑到表层材料强度损伤以及后续施工时的凿除深度，因此混凝土构件尺寸的削弱可按照4.5cm来考虑。
1）板梁截面沿高度方向扣除45mm；
2）结合现场混凝土材质检测结果以及混凝土材料残余强度指标，板梁混凝土性能指标按照强度等级C40进行；
3）火损区预应力筋设计值保持原设计不变；
4）火损区普通钢筋抗拉（抗压）折减10%。
4主要结论
1）根据现场调查可知本次火势持续时间30min，混凝土构件表面最高温度约990℃；
2）构件表面混凝土在火源直接作用下温度较高，由于混凝土热惰性较大，距离表面45mm以内混凝土火灾温度衰减较快，过火温度对主材的强度影响较小；
3）由于火势持续时间较短，另外，本次燃烧并未出现大面积深度剥落现象，仅个别板梁出现少量主筋暴露现象。爆裂对构件主材性能影响有限；
4）根据结构过火后的实际损伤程度，理论分析表明，上下部结构火损后的承载能力有所下降，但是不足以影响桥跨结构的正常工作，各项验算结果仍然满足现行规范标准，且目前该桥没有发现受力裂缝，也未出现下挠情况，因此可以认为桥梁结构是安全的。
5）养护对策
虽然理论分析该桥结构仍然是安全的，但是火损后各构件截面削弱，导致桥梁结构的安全储备及其耐久性能有所降低。因此有必要对结构火损区进行修复，尽量使承载能力及其耐久性能恢复至原有状态。
（1）凿除板梁过火区域内的松散混凝土，然后采用清水进行冲洗；
（2）采用结构胶修复板梁；
（3）采用碳纤维布对受损板梁进行补强加固；
（4）加固完毕，对所有板梁进行防腐涂装；
（5）加强上部结构跨中挠度观测。
现在这座桥修复已经近一年，从各项观测数据来看，各项指标都非常正常，其所积累的经验对同类病害制定养护对策具有很强的指导意义。
参考文献
[1]JGJ/T23-2001 回弹法检测混凝土抗压强度规程.
[2]奚勇.火灾桥梁受损检测及评估.世界桥梁，2007，4.
[3]郭鹏，等.火灾下钢筋混凝土板温度场确定的有限元法.青岛建筑工程学院学报，2001，22.
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