某预应力混凝土连续T梁桥火灾后的检测评估和加固
火灾受损桥梁位于某山岭重丘区高速公路上，其上部结构采用3×40米预应力混凝土T型连续梁，下部结构采用钢筋混凝土空心薄壁式桥墩、U型重力式桥台。设计时速为80km/h，设计荷载等级为汽-超20级、挂-120，桥面净宽2×10.25米。2007年10月，业主委托专业队伍对该桥进行检测，该桥运营状况良好，综合评定为二类桥梁。
图1、火灾前后桥梁表观对比（右图为火灾后桥梁）
2008年3月6日，一辆装有化学品液态焦化苯的货车行驶至该桥时发生车祸，焦化苯泄露并燃烧爆炸，引发火灾，持续时间约1小时左右。受化学品泄露、大火燃烧的影响，该大桥桥面铺装、护栏、桥梁支座、桥台、主梁等均有不同程度的损伤。
为科学合理维修受损桥梁，保障高速公路正常运营。需对该桥进行详细的检测、评估、维修加固。
1、火灾后桥梁损伤检测
火灾后的桥梁损伤检测包括桥梁各构件损伤调查和构件材料检测试验两方面内容。
1.1、主要病害检查
1）、本桥火灾产生原因为：货车车祸，焦化苯泄漏，引起火灾。
2）、火灾范围调查
火灾波及较广，过火范围为全桥桥面及第1，3跨主梁；其中主燃点在桥面，焦化苯泄漏至桥下后，台帽、主梁也属主要燃烧区域。
3）、火灾区域桥梁各构件损伤检查
分析检测结论，对该桥各构件损伤特征进行分类评价（见表1）。
表1、火灾后桥梁各构件损伤检查表
| 损坏程
度分类
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损伤特征描述
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损伤构件
及区域
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| 1类
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基本完好：
火焰未接触混凝土表面；或火焰辐射、温度扩散未使混凝土表面产生明显变化；人工能擦除混凝土表面熏黑痕迹，混凝土表面光洁且没有任何龟裂现象。 支座完好，钢构件完好。
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T梁跨中区域；桥梁墩顶支座及钢构件
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| 2类
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轻度损伤：
火焰已接触混凝土表面，产生明显变化；混凝土表面擦拭后有黑烟或轻微黑点或麻点，个别区域表面产生细小但不是很密集网状龟裂现象；表面损伤轻微，结构本身完好。 支座表面熏黑，橡胶层未受损伤。 钢构件表面熏黑，结构本身完好。
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T梁靠近桥墩支点附近腹板翼板
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| 3类
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中度损伤：
火焰直接接触混凝土；表面呈黑色；表面产生密集网状龟裂，局部有爆裂破损现象，损伤深度达到混凝土保护层，但主筋未受损伤。 支座有明显损坏，表面变形开裂。
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T梁靠近桥台附近区域翼板和距支点较远腹板；
边梁支座
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| 4类
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严重破坏：
火焰集中区或高温集中区(残留物的正上方)混凝土表面密集网状龟裂，有爆裂现象；同时出现混凝土保护层大面积剥落、破损。粗骨料外露。 支座烧焦、，支座表面橡胶呈颗粒状，四氟板变形严重。 钢构件扭曲，损坏严重。
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桥面墙式护栏和波型梁护栏；沥青混凝土铺装层；桥台上T梁腹板、马蹄区域；桥台台帽
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1.2、材料检测试验
构件材料检测试验是选择若干典型区域对构件进行无损或微破损检测，从而将火灾对构件的影响进行量化评定。检测试验的原理及结论见表2。
表2、火灾后桥梁各构件材料检测试验一览表
| 试验
项目
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试验原理
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试验结论
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| 混凝土碳化
深度检测
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酚酞试剂法
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主梁构件全部实测碳化深度均小于混凝土保护层厚度，混凝土碳化对钢筋锈蚀影响轻微；0#桥台台帽实测碳化深度较大，个别测区碳化已经接近钢筋表面。
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| 混凝土强度
检测
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超声－回弹综合法
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混凝土实测强度能满足设计要求
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| 钻芯取样
检验
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现场取芯法
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1） 芯样混凝土轴心抗压强度值与规范要求的C50混凝土轴心抗压强度标准值相比，实测芯样强度均大于规范要求，说明混凝土强度满足设计要求；
2）芯样“左6下”（左幅2-5主梁跨中翼板）在底面打磨5mm后，试验破坏模式为“底部破坏”，由此可以看出，过火后，主梁底面有损伤；同样，芯样“左3”、“左5”、“右3”试验破坏模式同为底部先开裂破坏，判断主梁局部位置表面混凝土损伤2~3cm。
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| 混凝土保护层厚度检测
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磁通法
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T梁在跨中区域，混凝土保护层厚度能满足设计要求；T梁在台顶附近区域，随表层混凝土砂浆层轻微剥落，混凝土保护层减小2~3cm。
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1.3、检测结论
根据以上检测试验结论，可以判断：
1）、该桥主梁预应力混凝土结构未受到严重破坏；T梁破损较严重区域主要集中伸缩缝附近腹板马蹄、桥台破损严重区域为台帽顶面；表面混凝土破损深度2~3cm。主梁在支点连续区段，未受明显损伤。
3）、两侧桥台处主梁支座破损失效。
4）、桥面铺装、护栏、伸缩缝破损严重。
2、火灾后桥梁承载力验算
2.1、计算内容
1）、原主梁承载能力验算，包括控制截面的弯矩、剪力；
2）、根据检测评估结论，建立受损区域主梁折减模型，并根据折减模型计算控制截面弯矩、剪力。
2.2、计算参数
1）、桥面净宽：单幅0.5m（外侧护栏）+10.25m+0.65m（内侧护栏）
2）、主梁跨径：40m、计算跨径：38.5m、桥梁全长：148.9m。
3）、设计荷载等级：汽－超20级，挂－120
4）、主要材料：
混凝土：预制主梁、现浇桥面板及横隔板均为C50混凝土；墩帽、墩柱、台帽、台身、护栏、基桩等均采用C30混凝土；沥青混凝土9cm用于桥面铺装。
钢筋：主梁主筋采用Φ12Ⅱ级钢筋，主梁连续端采用Φ16、Φ20Ⅱ级钢筋，其他采用φ8Ⅰ级钢筋。
预应力钢绞线：所有钢绞线均采用ASTM416-92标准钢绞线，单根钢绞线张拉控制吨位19.6吨，标准强度R＝1860MPa，弹性模量E＝1.95×105MPa。
2.3、计算模型
计算采用空间有限元软件和公路桥梁结构设计系统对该桥进行计算分析，并相互校核。建立3×40mT梁模型，模型共有单元84个，节点85个（见图2）。
图2、原结构有限元模型
根据现场检测和试验室钻芯取样试验结果，判断靠近中央分隔带附近左右两幅内边梁表面混凝土有不同程度的损伤，折减后计算模型考虑主梁截面尺寸折减3cm，纵向折减范围为支点向跨中方向10m，折减前后主梁截面对比如下图3。
图3－1、 原主梁纵断面
图3－2、 折减后主梁纵断面
2.4、计算结论
1）、主梁跨中正弯矩区、支点负弯矩区能满足运营需要；
2）、伸缩缝附近，主梁支点抗剪承载力下降较大，承载能力安全储备降低了11%，已经没有安全储备。
3、大桥检测评估结论与思考
结合现场检测、材料试验和结构分析验算，得出本桥火灾后评估结论：结构在火灾受损后，结构整体性保持较好，但结构的局部损伤较为严重，已不能满足安全要求。应及时进行维修加固。
在以下三方面对桥梁损伤进行分析，使维修加固有的放矢。
1）、火源、火势调查与对结构损伤的影响
该桥火灾中，火焰燃烧方向主要有桥面扩散燃烧和自台帽向上燃烧。
其中焦化苯罐车爆炸后，冲击波向空间发散，未对主梁产生明显破坏，桥面扩散燃烧，范围遍及全部桥跨，强度大，时间长，但其破坏范围仅为桥面铺装、护栏、伸缩缝，经检测，未严重威胁桥梁安全。台帽火，虽然燃烧时间短，范围小，但其直接导致支座严重损坏，主梁端部损伤严重，主梁斜截面抗剪承载力降低，威胁桥梁安全。
火源和火势特点，直接造成了桥梁病害由中央护栏向两侧逐渐减轻、由桥台向跨中逐渐减轻的分布规律。应根据不同区域受力特点与病害分布特征进行维修加固设计。
2）、桥梁结构形式对结构损伤的影响
该桥设计为纵向结构连续，在墩顶设置负弯矩钢束。连续结构，不仅改善了结构受力，而且有效的阻止了液态焦化苯留向墩顶，使主梁损伤范围小，危害轻。
3）、灭火方式对结构损伤的影响
高温火焰烧过的混凝土表面当用水扑灭火灾时，热的混凝土表面遇水急速冷却，造成混凝土构件内外应力差，会引起混凝土裂缝，加重混凝土强度损失。本桥灭火过程中，消防队采取泡沫灭火，灭火方式科学合理，有效避免了对混凝土结构的二次损伤，大大减小了加固维修成本。
4、桥梁加固与维修措施
根据该桥检测评估结论，桥梁病害主要集中于梁端、台帽和主梁支座，为确保大桥的运营安全，大桥的加固维修在以下九方面展开。
4.1、预制T梁加固处理
根据桥梁损伤前后的计算结果，对于支点截面损伤严重的主梁，在支点处增大截面，补充抗剪钢筋，并通过种植钢筋，与原主梁有效连接，提高支点截面的抗剪能力。
首先将底板、腹板松散部分混凝土凿除，在底板、腹板种植钢筋，重新布设钢筋网，再利用自密实混凝土将受损部位混凝土修复。
4.2、支座处理
本桥0#和3#桥台处主梁支座受液态苯燃烧影响较严重，处治方案为：顶升梁体，更换两侧桥台处支座共20个，以使主梁处于良好的受力状态。具体施工工艺如下：
1）、搭设顶升贝雷梁支架
2）、安装千斤顶及观测装置
3）、顶升梁体：梁体顶升时，要确保对单幅单侧五片主梁同时顶升、同时回落，以保证桥梁结构横向联系不被破坏。
4）、支座更换
4.3、台帽表面混凝土处理
首先凿除台帽表面松散混凝土，直至露出新鲜骨料，将缺损面凿毛处理，用高标号聚合物砂浆将缺损部位进行修复，以保证结构的承载力和耐久性。
4.4、桥面系改造
首先铣刨现有桥面铺装，重新浇筑沥青混凝土桥面铺装。并在原混凝土调平层顶部与新增铺装层之间增加FYT-1改进型桥面防水涂层（一布三涂），以改善桥面铺装的防水性能。
4.5、混凝土缺陷处理
4.6、更换伸缩缝橡胶条
4.7、主梁清洗涂装
1）、 采用［16槽钢拼装移动吊架，并在桥面施加平衡重。吊架要求安全稳定；
2）、 人工打磨主梁熏炙梁段；
3）、 主梁高压水清洗；
4）、 主梁表面涂装。
4.8、损坏泄水管改造
4.9、路面修复
1）、铣刨路面损伤沥青铺装层；
2）、滩铺沥青混凝土铺装，应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40－2004）有关要求。新桥面铺装制作完成后的桥面标高必须与改造前的原结构标高相同。
5、结语
火灾后及时对结构进行全面、科学、合理的检测评估及维修加固是使灾后损失降低到最小程度的重要措施。灾后评估，必须考虑火源火势特点、桥梁构造特点以及灭火方式等因素对病害分布、程度的影响。根据不同构件受力特点与病害分布特征进行维修加固设计，使加固工程既能切实修复受损结构，又高效快速，将其对高速公路运营影响降至最小。
该桥目前已经完成加固施工，交付业主正常运营3个月，加固后桥梁完全满足设计和实际运营要求。本文介绍的检测评估与加固方法取得了良好的经济效益和社会效益，而且可以为处理同类病害桥梁提供参考。
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