混凝土梁桥火灾损伤评估技术规程DB42／T 1743-2021.pdf

ICS 93.040 CCS P 28 DB42 湖北省地方标准 DB42/T 1743 2021 混 凝 土梁桥 火灾损 伤评估技 术规程 Technical code of practice for fire damage assessment of concrete beam bridge 2021-08-30 发布 2021-11-01 实施 湖北省市场监督管理局 发 布 DB42/T 1743 2021 I 目 次 前言.III 1 范围.4 2 规范性引用文件.4 3 术语和定义.4 4 基本要求.5 5 损伤评估程序及内容.5 5.1 损伤评估程序.5 5.2 初步调查.6 5.3 初步损伤检测.6 5.4 初步损伤评级及处理措施.6 6 详细调查与检测.7 6.1 一般规定.7 6.2 火作用调查分析.7 6.3 结构现状检测.8 7 火灾桥梁结构受力分析.9 7.1 火灾混凝土桥梁结构分析.9 7.2 火灾后混凝土桥梁荷载试验分析.9 8 火灾后桥梁结构详细损伤评估.9 8.1 火灾后桥梁结构详细损伤评级.9 8.2 火灾后桥梁结构详细损伤评级处理措施.10 9 评估报告.10 附录 A（规范性）火灾后混凝土构件材料微观分析.11 附录 B（规范性）混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系.12 附录 C（规范性）火灾后混凝土强度折减系数.13 附录 D（规范性）高温时或高温冷却后钢筋强度折减系数.14 附录 E（资料 性）预应力钢绞线应力损失随温度关系.15 DB42/T 1743 2021 II DB42/T 1743 2021 III 前 言 本文件按照GB/T 1.1 2020 标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件 由中铁大桥科学研究院有限公司提出。本文件 由湖北省 交通运输厅 归口。本文件起草单位：中铁大桥科学研究院有限公司、中铁 大桥 局集 团有 限公 司、桥梁 结构 健康与安全国家重点实验室、湖北省标准化与质量研究院。本文件 主要起草人：蔡正东、彭旭民、王天亮、位东升、魏剑峰、黄清、曾徳礼、曹明明、尹光顺、罗力军、王文洋、蔡欣、周琰、张耿、叶敏、余毅、任虹昌、韩阳昱、邵璇、柳宏、莫颜君。本标准由中铁大桥科学研究院有限公司负责解释。本标准为首次制定。本 文 件 实 施 应 用 中 的 疑 问，可 咨 询 湖 北 省 交 通 运 输 厅，联 系 电 话：027-83460670，邮 箱：；对本文件的有关修改意见和建议请反馈至中铁大桥科学研究院有限公司，联系电话：027-83556197，邮箱：。本标准为首次制定。DB42/T 1743 2021 4 混 凝 土 梁 桥 火灾损 伤评估 技术规 程 1 范围 本文件规定了火灾后混凝土梁桥损伤评估涉及的火灾损伤调查与检测，灾后桥梁结构受力分析以及结构损伤评级等方面工作的程序、内容和方法。本文件适用于钢筋混凝土或预应力混凝土 梁桥 火灾后的结构损伤评估。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引 用文 件，仅该 日期 对应 的版 本适 用于 本文 件；不注 日期 的引 用文 件，其最 新版 本（包 括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 28900 钢筋混凝土用钢材试验方法 JTG/T J21 公路桥梁承载能力检测评定规程 JTG/T J21-01 公路桥梁荷载试验规程 JGJ/T 384 钻芯法检测混凝土强度技术规程 T/CECS 252 火灾后建筑结构鉴定标准 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 初步损伤评估 preliminary damage assessment 对火灾后混凝土梁桥进行的初步的损伤评估工作。3.2 详细损伤评估 detailed damage assessment 在初步损伤评估后，为了进一步了解结构或材料的损伤程度而做的更细致的损伤评估工作。3.3 火场残留物 debris in scene of fire 火灾后现场残存的物品。3.4 火场温度 fire site temperature 火灾发生时受火范围内的温度 场。3.5 微观分析 micro analysis 通过对混凝土微观组成来 推断 其受火温度而做的分析。3.6 XRD 分析 X-ray diffraction analysis DB42/T 1743 2021 5 通过 X 射线衍射试验分析出混凝土粉末样本中不同化学成分，进而推断出混凝土粉末样本的受火温度。3.7 综合热分析 comprehensive thermal analysis 通过混凝土粉末样本在连续升温作用下不同成分的量来推断温度变化。4 基本要求 4.1 桥梁火灾发生后，管理部门应在第一时间成立应急处置小组，并委托有相关资质的检测单位到现场开展检测评定工作。4.2 检测人员应对 桥梁受损位置进行初步调查，对有垮塌危险的桥 梁结构构件应采取必要的防 护措 施，对运 营中 桥 梁 还应采取必要的交通管制和 安全 措施，然后 开展桥梁检测评定工作。5 损伤评估程序及内容 5.1 损伤评估程序 根据火灾后受损情 况，混凝 土梁 桥结 构主 要分 为初 步 损伤 评估 和详 细损 伤 评估 两个 阶段进行，具体损伤评估程序见图 1。组 建桥梁检测小组桥梁结构历史情况调查桥梁结构火灾情况调查桥梁结构外观损伤调查桥梁结构初步损伤评级桥 梁结构详细损伤评估火灾作用下温度场分析桥梁专项检测分析桥梁承载能力检测分析桥梁详细损伤评级编 制灾后损伤评估报告桥梁能否安全通行交 通管制与临时结构支护否是编 制灾后损伤评估报告、级、级 图1 梁桥结构火灾后损伤评估程序 DB42/T 1743 2021 6 5.2 初步调查 5.2.1 调查 桥梁 设计、施工、运营、检测历史资料，主要包括：a)桥梁设计资料；b)桥梁施工建设 资料；c)桥梁运营情况 资料；d)桥梁历年检测评定 资料；e)桥梁维修加固记录。5.2.2 调查 桥梁火灾情况，主要包括：a)火灾过程、火灾起因和部位；b)可燃物特征、燃烧持续时间；c)轰燃（剧烈燃烧）特征和时间；d)火灾扑救过程；e)火灾残留状况。5.2.3 调查 桥梁 外观 损伤情况，主要包括：a)桥梁受损区域 和受损状况；b)混凝土剥落深度 情况；c)裂缝 分布情况；d)钢筋屈曲变形 情况。5.3 初步 损伤 检测 根据火灾调查结果，结合桥梁结构特点，制定相应检测方案，主要 通过 表面颜色、锤击反应、混凝土表面 剥落范围及深度、混凝土裂缝、钢筋是否外露变 形、受力钢筋粘结性能影响程度、结构变形 等特征要素 来初步 评定。5.4 初步 损伤 评级 及处理措施 5.4.1 初步 损伤评级 初步损伤 评级 宜按表 1 进行 分类。表1 初步损伤评级 等级评定要素 各级损伤状态特征 表面颜色 灰青、近视正常 浅灰色，略显红色 灰白色，显浅黄色 结构受损破坏严重，难以加固修复 锤击反应 声音响亮、表面不留下痕迹 声音较响亮，表面留下明显痕迹或局部混凝土粉碎 声音发闷，混凝土粉碎或塌落 剥落范围及深度 无 混凝土表面少量剥落，未超过保护层厚度 混凝土大范围剥落，超过保护层厚度，钢筋外露 混凝土裂缝 无火灾裂缝 轻微裂缝网 粗裂缝网 钢筋是否外露变形 无 局部钢筋外露，无变形 有少量钢筋外露变形 受力钢筋粘结性能 无影响 略有降低 降低严重 变形 无变形 略有变形 较大变形 5.4.2 初步 损伤 处理措施 根据 初步 损伤 等级不同，级 的处理措施如下：DB42/T 1743 2021 7 级：轻微烧灼或未直接遭受烧灼，结构材料及结构性能未受影响，可不采取加固措施；级：轻度烧灼，但未对结构材料及结构性能产生明显影响，尚不影响结构安全和正常使用，应采取耐久性或外观修复措施；级：中度烧灼但仍保存 大部分承载能力，显著影响结构材料或结构性能，明显变形或开裂，对结构安全性或正常使用产生不利影响，应进行详细损伤评级，通过详细评级确定合适的加固处理措施；级：破坏，火灾中或火灾后结构倒塌或重要构件塌落；结构严重烧灼损坏、变形损坏或开裂损坏，结构承载能力完全丧失或大部丧失，危及结构安全，应进行详细损伤评级，应 立即采取安全支护、彻底加固或更换措施，同时采取必要的 交通管制。6 详 细调查与检测 6.1 一般规定 6.1.1 火灾后混凝土桥梁结构损伤鉴定调查与检测的内 容应包括：火灾影响区域调查与确定、火场温度过程及温度分布推定分析、结构内部温度推定、结构现状检查与检测。6.1.2 火灾后桥梁结构损伤鉴定调查与检测的对象应为整个桥梁结构，对于局部小范围火灾，经初 步调 查确 认受 损范 围仅 发生 在有 限区 域时，调查 和检 测对 象仅 考虑 火灾 影响 区域 范围内的结构或构件。6.2 火作用调查分析 6.2.1 火灾对桥梁结构的作用温度、持续时间及分布范围应根据火灾调查、结构表观状况、火场残留物状况 及可 燃物 特性、通风 条件、灭火 过程 等综 合分 析推 断，同时 对桥 梁主 要受 力构件还应有对结构材料进行 XRD 分析和综合热分析等微观分析的结果参与推断。微观分析结果根据附录 A 进行分析判断。6.2.2 火场温度过程根据火荷载密度、可燃物特性、受火构件的热传导特性、风速风向及灭火 过程 等按 燃烧 规律 推 断；必要 时 采用 模拟 燃烧 试验 确 定，温度 场 模拟 应综 合考 虑 XRD分析和综合热分析的结果。混凝土结构热工参数取 值 宜参考以下值：a)混凝土比热随温度变化不大，取常数 C=920（J/（kg）；b)混凝土热传导系数随温度变化，具体 宜 参考表 2 所示值；表2 混凝土结构不同温度下热传导系数 温度（）20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 系数（W/（mK）1.62 1.53 1.43 1.34 1.22 1.11 1.02 0.94 0.85 0.79 0.74 0.69 0.66 c)空气对流换热系数大致范围见表 3 所示。表3 空气对流换热系数 对流换热条件 换热系数（W/（m2K）空气自然对流 310 气体强迫对流 20100 6.2.3 桥梁结构构件表面达到的温度及作用范围根据火场残留物熔化、变形、燃烧、烧损程度等推断。DB42/T 1743 2021 8 6.2.4 火灾中桥梁结构构件内部达到的温度根据火场温度过程和热传导规律，并结合材料XRD 分析和综合热分析等微观分析结果综合确定。6.2.5 火灾中直接受火灼烧的混凝土结构构件表面达到的温度及范围根据混凝土表面颜色、裂损剥落情况，锤击反应等按照附录 B 进行推断。6.3 结构 现状检测 6.3.1 结构现状检测应包括但不限于以下内容：a)结构烧灼损伤状况调查；b)温度作用损伤或损坏检查；c)结构材料性能检测；d)受损及未受损处的混凝土强度；e)钢筋受火后的力学性能；f)钢筋位置及钢筋保护层厚度；g)预应力损失情况。6.3.2 对直接暴露于火焰或高温烟气的混凝土桥梁结构，应全面检查烧灼损伤部位。对于次要构件采用外观目测、锤击回声、探针、开挖探槽（孔）等手段检查；对于 重要 构件，必要时通过材料微观分析判断。6.3.3 对承受温度应力作用的结构构件（梁体或墩身）及连接构件（横隔板等），应检查变形、裂损 状况；对于 不便 观察 或仅 通过 观察 难以 发现 问题 的结 构构 件，辅以 温度 作用 应力分析判断。6.3.4 对火灾后混凝土强度，应根据 JGJ/T 384 采用钻芯法进行火灾后的强度判定，钻芯位置和芯样大小均应符合 JGJ/T 384 要求。当取 芯对 结构 影响 较大 时，宜 根据 附 录 C 进行分析判断。6.3.5 对火灾后混凝土剥落未露出受力主筋时，宜采用外观损伤检测结合有限元计算来推断受力主筋曾达到的最高温度，通过钢筋力学性能与温度的关 系判定钢筋强度折减系数，宜根据附录 D 进行分析判断。对已经露出的钢筋，应根据 GB/T 28900 取样进行力学性能试验分析。6.3.6 对火灾后钢筋位置及保护层厚度检测主要检测混凝土表面未剥落处，作为桥梁结构承载能力计算的依据。6.3.7 对火灾后桥梁结构预应力损失大小的检测，宜采用有限元计算分析受火时预应力处曾达到的最高温度，通过预应力与温度的关系判定预应力损失大小参见附录 E 所示，同时 考虑通过局部或整体实桥荷载试验评判火灾后混凝土桥梁的预应力损失。6.3.8 火灾作用温度场分析 6.3.8.1 根据火灾发生过程及燃烧时间、可燃物特征、燃烧环境、燃烧规律，分析火灾温度 时间曲线。6.3.8.2 采用材料残渣进行材料微观分析判断受火温度。6.3.8.3 通过有限元热分析模拟受火时混凝土桥梁结构不同区域和深度的温度场。6.3.8.4 确定火灾时的火场温度，评价桥梁的受损程度，分析材料的实际力学性质，但桥梁火灾现场温度不能直接测定，火灾升温曲线 按式（1）计算。（）(1)式中：升温持续时间：min；为升温后温度：；DB42/T 1743 2021 9 为初始温度：。6.3.9 桥梁结构承载能力评估 根据受火后结构的材质特性和力学性能、几何参数、受力特性进行承载能力检算分析，确定桥梁结构的安全性和可靠性；必要时通过桥梁静载试验进行加载试验，比较理论分析结果和实测结果是否吻合，以确定桥梁工作性能。7 火灾桥梁结构受力分析 7.1 火灾混凝土桥梁结构分析 7.1.1 进行火灾过程中的受力分析，应针对不同的结构，考虑火灾过程中的最不利温度及结构上的实际荷载情况进行分析。7.1.2 火灾后的结构分析，应考虑火灾后结构残余状况的材料力学性能变化、结构几何状态变化和构件的变形和损伤，再进行建模分析，针对受损桥梁结构进行最不利荷载组合条件下的承载能 力极限状态和正常使用极限状态分析。7.2 火灾后混凝土桥梁荷载试验分析 对于 烧灼 严重、变形 明显 等损 伤严 重的 桥梁 结构，必要 时候 应采 取火 灾过 程流 体分 析的计算模型进行分析，同时对于结构检算作用效应与抗力效应的比值在1.0 1.2 之间 时，还需通过现场实桥荷载试验进行检验，荷载试验应依据JTG/T J21-01 和JTG/T J21 执行，荷载试验采取整体或者局部加载方式进行，试验应通过计算保证桥梁结构加载过程中的安全。8 火灾后桥梁结构 详细 损伤 评估 8.1 火灾后桥梁结构 详细损伤评级 火灾后混凝土桥梁结构详细损伤评级标准应符合下列要求：a)混凝土桥梁火灾时的温度场取决于桥梁截面形式、材料的热性能、梁体表面最高温度和火灾持续时间等；b)火灾 后桥 梁结 构 混凝 土和 钢筋 力学 性 能指 标宜 采 用现 场钻 取混 凝土 芯 样和 截取 钢筋试样进行试验检验分析，也可参考 T/CECS 252 通过不同温度下材料的折减系数换算而得到；c)火灾后桥梁结构承载能力 宜 根据表 4 进行 鉴定 评级，鉴定 评级 应考 虑火 灾对 材料 强度、几何 特性 和构 件变 形的 影响，对评 定等 级为B 级的 桥梁 结构，还应 采取 实桥 荷载试验方法进行验证；表4 火灾后混凝土桥梁 详细损伤 评级标准 评定等级 主梁、桥墩（台）A R/0S 1.2 B 1.2 R/0S1.0 C 1.0 R/0S 0.85 D R/0S 0.85 注：表中R为构件的承载力设计值；S为构件的作用效应值（取基本组合值）；0 为结构构件重要性系数，主梁取1.10，桥墩（台）取1.15。DB42/T 1743 2021 10 d)火灾后桥梁结构正常使用极限状态验证应依据JTG/T J21 进行，并考 虑火 灾对 材料、几何特性的影响等因素。8.2 火灾后桥梁结构详细损伤评级处理措施 根据详细损伤评级结果，不同等级处理措施如下：A 级：符合 国家 现行 标准 水平 要求，不影 响结 构安 全，可正 常使 用，采取 恢复 结构现状的处理措施；B 级：基本 符合 国家 现行 标准 水平 要求，尚不 影响 结构 安全，尚可 正常 使用，宜采取合适的加固 措施；C 级：不符 合国 家现 行标 准水 平要 求，在目 标使 用年 限内 影响 结构 安全 和正 常使 用，应采取 合适的 措施；D 级：严重 不符 合国 家现 行标 准水 平要 求，严重 影响 结构 安全，应 立即加固或拆除重建。9 评估报告 桥梁结构火灾后损伤评估报告 应 包括 以下内容：a)混凝土桥梁结构工程概况；b)火灾概况；c)损伤评估目的、内容、范围和依据；d)桥梁结构调查、检测分析结果；e)桥梁结构火灾后损伤鉴定评级；f)检测结论及建议；g)附件。DB42/T 1743 2021 11 A A 附录A（规范 性）火灾后混凝土构件材料微观分析 在进行详细检查时对拟评定的混凝土桥梁，应根据其烧损的不同程度分别采集受损区域不同深度处的各种混凝土小样，进行 X 衍射分析和综合热分析，观察混凝土样品显微结构特征，并对照 表 A.1 和表A.2 的混凝土微观物相特征。对应其特征温度推定相应的火灾温度和混凝土构件表面灼着温度。表A.1 X 衍射分析 物相特征 特征温度（）水化物基本正常 300 水泥水化产物水化铝酸三钙脱水 C3A aqC3A+nH2O 280 330 水泥水化产物氢氧化钙脱水 Ca（OH）2 CaO+H2O 或砂石中-石英发生变相-SiO2-SiO2 580 570 骨料中白云石分解 CaMg（CO3）2 CaCO3+MgO+CO2 骨料中方解石及水泥石碳化生成物分解 CaCO3 CaO+CO2 720 740 900 表A.2 综合热分析 物相特征 特征温度（）物相基本正常 300 方解石石料表面光滑、平整、水泥浆体密集，连续性好 280350 石英晶体完整，水泥浆体中水化产物氢氧化钙脱水，浆体开始发现酥松，但仍较紧密，连续性好，氢氧化钙品型缺损、有裂纹 550650 水泥浆体已脱水，收缩成为酥松体，Ca（OH）2 脱水、分解，并有少量 C aO 生成，而吸收空气中水分产生膨胀 650700 水泥浆体脱水，收缩成团块板块状，并由 CaO 生成吸收空气中水分，内部互相破坏 700760 浆体脱水放出 CaO 成为团聚体，浆体酥松，孔隙大 760800 水泥浆体成为不连续团块，孔隙很大，CaO 增加 800850 水泥浆体成为不连续的团块，孔隙很大，但石英晶体较完整 850880 方解石出现不规则小晶体，开始分解 880910 方解石分解成长方形柱状体浆体脱水、收缩后空隙很大 910940 方解石分解成柱体状，浆体脱水，收缩后空隙更大 980 DB42/T 1743 2021 12 B B 附录B（规范性）混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系 混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系见 表B.1。表B.1 混凝土表面颜色、裂损剥落、锤击反应与温度的关系 温度（）300 300 500 500 700 700 800 800 颜色 灰青、近视正常 浅灰、略显粉红 浅灰白、显浅红 灰白、显浅黄 浅黄色 爆裂、剥落 无 局部粉刷层 角部混凝土 大面积 酥松、大面积剥落 开裂 无 微细裂缝 角部出现裂缝 较多裂缝 贯穿裂缝 锤击反应 声音响亮、表面不留痕迹 较响亮，表面留下较明显痕迹 声音较闷，混凝土粉碎和塌落，留下痕迹 声音发闷，混凝土粉碎和塌落 声音发哑，混凝土严重脱落 DB42/T 1743 2021 13 C C 附录C（规范性）火灾后混凝土强度折减系数 在进行初步调查后，根据火场温度确定的混凝土构件表面灼着温度，可按表C.1 C.3 的强度折减系数确定火灾后混凝土桥梁的实际强度。表C.1 混凝土高温时抗压强度折减系数 温度（）常温 300 400 500 600 700 800 fcu,i/fcu 1.00 1.00 0.80 0.70 0.60 0.40 0.20 注1：表中fcu,i 表示混凝土在高温或高温冷却后的抗压强度；fcu 表示混凝土原有抗压强度。表C.2 高温混凝土自然冷却后抗压强度折减系数 温度（）常温 300 400 500 600 700 800 fcu,i/fcu 1.00 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.20 表C.3 高温混凝土水冷却后抗压强度折减系数 温度（）常温 300 400 500 600 700 800 fcu,i/fcu 1.00 0.70 0.60 0.50 0.40 0.25 0.10 注2：当温度在二者之间时，采用线性插入法进行内插。DB42/T 1743 2021 14 D D 附录D（规范性）高温时或高温冷却后钢筋强度折减系数 HPB300 钢筋 和 HRB400 钢筋 或冷 拔钢 丝高 温时 或 高温 冷却 后的 强度 折减 系数 可 按表 D.0.1-1 D.0.1-2 确定。表D.1 高温时钢筋强度折减系数 温度（）强度折减系数 HP235 HRB335 冷拔钢丝 室温 1.00 1.00 1.00 100 1.00 1.00 1.00 200 1.00 1.00 0.75 300 1.00 0.80 0.55 400 0.60 0.70 0.35 500 0.50 0.60 0.20 600 0.30 0.40 0.15 700 0.10 0.25 0.05 900 0.05 0.10 0.00 注：对于热轧钢筋HPB235 和HRB335，钢筋强度 指标为屈服强度；对于冷拔钢丝，钢筋强度指标为极限抗拉强度。表D.2 HRB335 钢筋高温冷却后强度折减系数 温度（）强度折减系数 屈服强度 极限抗拉强度 室温 1.00 1.00 100 0.95 1.00 200 0.95 1.00 250 0.95 0.95 300 0.95 0.95 350 0.95 0.95 400 0.95 0.90 450 0.90 0.90 500 0.90 0.90 600 0.90 0.85 700 0.85 0.85 800 0.85 0.85 900 0.80 0.80 DB42/T 1743 2021 15 附录E（资料性）预应力钢绞线应力损失随温度关系 预应力钢绞线应力损失随温度的关系 可按表 E.1 确定。表E.1 预应力钢绞线应力损失值随经历温度的关系 温度（）20 300 400 500 600 700 800 预应力损失率（%）0 6 14 24 37 53 71