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摘要： 某高速立交橋橋下半夜突發(fā)大火，造成板梁、蓋梁、墩柱等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)大面積不同程度被燒傷，局部損傷十分嚴重。為了盡快搶修、確保安全同時節(jié)省資金，我們采取了用高強快凝聚合物修補砂漿修復(fù)崩裂脫落的混凝土恢復(fù)剛度、用芳玻韌布復(fù)合纖維材料加固強度的解決方案。通過加固前后對橋梁進行的檢測對比，證實了加固修復(fù)工作的可靠性，達到了預(yù)期目的。 


關(guān)鍵詞： 鋼筋混凝土立交橋；火災(zāi)；修復(fù)；加固；聚合物砂漿；芳玻韌布復(fù)合纖維； 

1. 前言 

某高速立交橋全長 138.9m ，分上行和下行，兩分離式橋面各寬 13.5m ，橋跨上部結(jié)構(gòu)采用跨度為 16m 的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁，橋墩均為鋼筋混凝土圓柱。火災(zāi)是由于橋下堆積的紙板起火燃燒，造成該橋下行第三跨的 11 片板梁及 4 個墩柱大面積嚴重燒傷，混凝土爆裂、脫落深度達 60mm ；相鄰的第二跨、第四跨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也受到了不同程度地損傷。因此造成結(jié)構(gòu)的強度降低，構(gòu)件的剛度減少，預(yù)應(yīng)力的鋼絞線強度也有所損失，嚴重地影響了橋梁的安全使用。經(jīng)對比，如果更換 11 片嚴重燒傷的板梁及其它部位必要的修復(fù)，造價至少需要 120 萬，而且需要采用半幅封閉交通、半幅施工的方法；如果采用科學的加固修復(fù)方案，不僅節(jié)省費用三分之二，且能節(jié)省一半的工期。本文就最終的加固修復(fù)方案及實施過程介紹如下。 

2. 火災(zāi)后橋梁破壞情況 

火災(zāi)后，業(yè)主委托檢測單位對該橋的火災(zāi)受損情況進行全面檢查，并對下行第三跨（火災(zāi)重創(chuàng)跨）與第一跨（火災(zāi)未傷跨）的跨中撓度進行對比性加載測試，提供的檢測報告主要內(nèi)容如下： 

2.1 板梁： 

下行第三跨的 11 根板梁燒傷嚴重，混凝土顏色灰白或顯淺黃，錘擊聲音發(fā)悶、混凝土粉碎和塌落。可以判斷板梁表面在火災(zāi)時溫度約達 800 度。其燒傷最大深度依次為： 66 、 64 、 60 、 72 、 54 、 36 、 34 、 52 、 56 、 54 、 32mm ，其中 4 號板梁最為嚴重，從北端 L/4 到南端 3L/4 段，混凝土被燒酥，爆裂剝落，鋼筋外露（如圖 1 ），其余大部分面積混凝土碳化失去強度，板梁截面面積減小。 

第二跨、第四跨的板梁被煙熏黑，錘擊聲音響亮、混凝土表面不留下痕跡，初步判斷火災(zāi)期間板梁表面溫度約 200 度。 

根據(jù)“ 火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標準（ 2005 年 8 月送審初稿）”中火災(zāi)后結(jié)構(gòu)構(gòu)件鑒定評級標準，第三跨板梁評定為Ⅲ級，即 已產(chǎn)生嚴重影響構(gòu)件承載能力和耐久性的缺陷和損傷 ；第二跨、第四跨評定為Ⅰ級，局部 Ⅱ 級 。 



圖 1 板梁受損情形 圖 2 立柱受損情形 

對第一跨、第三跨板梁的跨中撓度進行對比性測試，測試分對稱加載和偏心加載，結(jié)果顯示，第三跨板梁撓度全部大于第一跨板梁撓度，第三跨（火災(zāi)重創(chuàng)跨）與第一跨（火災(zāi)未傷跨）撓度比較，在對稱荷載作用下，其跨中撓度增量在 20.4 ％～ 32.7 ％之間，其平均值為 25.9 ％；在偏心荷載作用下，其跨中撓度增量（去掉最小的 0.6 ％，最大的 43.4 ％）在 21.3 ％～ 35.6 ％之間，其平均值為 26.9 ％。 

2.2 蓋梁 

下行 3 ＃蓋梁左端頭底部部分混凝土剝落，有鋼筋外露現(xiàn)象，右端頭有少量混凝土脫落。 

2.3 立柱 

立柱表層混凝土脫落，受損深度在 40mm -60mm 不等。 

2.5 檢測結(jié)果初步結(jié)論： 

1 ）下行第三跨各梁受到大火影響，有撓度變化分析知，承載能力有不同程度的下降，范圍在 20 ％～ 30 ％； 

2 ） 2 ＃墩、 3 ＃墩立柱及蓋梁有不同程度的損壞； 

3 ）支座受到大火的影響，表面碳化，碳化深度 1 ～ 3mm ，其功能沒有喪失； 

4 ）由于大火對橋梁的影響是有一個長期的效應(yīng)的，應(yīng)此必須對該橋及時采取加固措施。 

3. 加固修復(fù)原則及計算分析 

3.1 加固修復(fù)原則 

用高強快凝聚合物修補砂漿修復(fù)崩裂脫落的混凝土恢復(fù)剛度 ， 在計算分析的基礎(chǔ)上設(shè)計用 芳玻韌布復(fù)合纖維材料恢復(fù)強度 ；精心施工，使該橋經(jīng)過加固后的承載能力不低于相鄰跨板梁。 

3.2 計算分析簡述 

首先通過等代截面換算，計算得梁板燒傷前截面慣性矩 I 前 =3528861.159cm 4 ；燒傷后梁板截面按照高度平均損失 4cm 計算，得 I 現(xiàn) =2899881.826 cm 4 。 

本工程擬采用在板底粘貼美國 TYFO ? 芳玻韌布復(fù)合纖維來補充板梁鋼絞線損失的拉力△ F ，美國進口的 TYFO ? 芳玻韌布復(fù)合材料的強度設(shè)計值 220Mpa ，厚度為 1.3mm ，一塊空心板寬度為 1170mm 。若在板底粘貼一層芳玻韌布，可以提高預(yù)應(yīng)力板梁的抗拉力為△ F ： 


△ F =1.3 × 220 × 1170/10 3 = 334.6KN 

加固后新增加的抗彎彎矩簡化計算如下： 

M =1.3 × 220 × 1170 × [750-110+(110+80)/2]/10 6 = 24.59T · m 

參照原設(shè)計圖，一塊典型中板在未燒傷前設(shè)計抵抗彎矩為 M 原 =120T · m 。根據(jù)梁撓度變化求得鋼絞線伸長 6.8 ％，則預(yù)應(yīng)力值增加： 

F=4687.2 × 6.8%=318.72 KN 

即設(shè)計抵抗彎矩儲備量損失 M 失 

M 失 = △ F × Z=31.87 × 0.6=19.12 T · m

由計算知： M =24.59T · m > M 失 = 19.12 T · m ，加固后板梁強度滿足要求。 

3.3 加固設(shè)計方案 

經(jīng)計算分析，具體設(shè)計方案如圖 3 、圖 4 所示。其中，圖 3 為板梁加固圖，即對受火災(zāi)損傷較嚴重的區(qū)域，在板底滿貼芳玻韌布復(fù)合材料；圖 4 為柱墩加固圖，對受損傷較淺的部位，用混凝土補平，對受損傷較深的部位，需先植筋，再用混凝土補平，然后環(huán)向滿貼芳玻韌布復(fù)合材料。 





圖 3 板梁加固圖 



圖 4 柱墩加固圖 

4. 主要修補與加固材料 

4.1 修補材料 

為恢復(fù)原結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計尺寸，采用的聚合物高強專用修補砂漿經(jīng)過高分子改性，對混凝土構(gòu)件的結(jié)合力極強，鏝抹時不垂落，硬化后不收縮、不開裂、強度高，能恢復(fù)結(jié)構(gòu)強度，防止外界因素對鋼筋的侵蝕。其 3 天的抗壓強度 ≥ 30Mpa ， 28 天 ≥ 45Mpa ，膨脹率為 0.1% 左右，與圓鋼筋的粘結(jié)力為 6 Mpa 。 

4.2 加固材料 

主要加固材料為美國進口的芳玻韌布（ TYFO? Fibrwrap ）復(fù)合加固材料，它是由芳綸凱拉芙（ Kevlar ）（防彈衣材料），特種玻纖（ E-glass ）與 TYFO 專用樹脂現(xiàn)場粘合而成的強韌復(fù)合編織布材料，粘貼在混凝土結(jié)構(gòu)的外表面，并形成新的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以達到提高原結(jié)構(gòu)承載力的作用；該復(fù)合纖維片材單層質(zhì)量為 920g /