火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的損傷評(píng)估及修復(fù)

劉 承 鑫

(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 青島 266033)

火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的損傷評(píng)估及修復(fù)

劉 承 鑫

(青島理工大學(xué)土木工程學(xué)院，山東 青島 266033)

介紹了火災(zāi)對(duì)混凝土構(gòu)件的致?lián)p機(jī)理及火災(zāi)的發(fā)展過程，對(duì)其現(xiàn)有的損傷評(píng)估及修復(fù)方法進(jìn)行了探討，針對(duì)已有方法不足之處，提出了未來火災(zāi)后混凝土構(gòu)件損傷評(píng)估及修復(fù)的發(fā)展趨勢(shì)。

火災(zāi)，損傷評(píng)估，混凝土構(gòu)件，鋼筋

0 引言

眾所周知，火災(zāi)時(shí)刻存在人類的生產(chǎn)生活過程中，具有較高的毀滅性。火災(zāi)發(fā)生之時(shí)，熱量通過熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射三種方式進(jìn)行傳輸，進(jìn)而決定混凝土內(nèi)部溫度場(chǎng)分布，導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降，具體到結(jié)構(gòu)層面表現(xiàn)形式：截面剛度和極限承載能力下降，帶來嚴(yán)重的安全隱患。對(duì)于抗震區(qū)域構(gòu)筑物，其抗震性能嚴(yán)重退化，為此進(jìn)行火災(zāi)后構(gòu)件評(píng)估和修復(fù)顯得尤為重要。

因此，分析構(gòu)件內(nèi)部的溫度場(chǎng)是研究混凝土構(gòu)件抗火性能和后期損傷評(píng)估及修復(fù)的前提，具有重要意義。目前針對(duì)火災(zāi)溫度場(chǎng)研究，主要是采用國際標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線和大量試驗(yàn)回歸數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析，真實(shí)還原結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度場(chǎng)變化情況。

1 火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的損傷評(píng)估

火災(zāi)過程包含復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，對(duì)構(gòu)件的殘余力學(xué)性能提出嚴(yán)峻的考驗(yàn)。由于混凝土是熱惰性材料，熱量傳輸性能較差，從表面到內(nèi)部各點(diǎn)經(jīng)受的最高溫度也不相同，損傷具有長期性和不均勻性。針對(duì)混凝土構(gòu)件，火災(zāi)后的殘余力學(xué)性能評(píng)估一直就是國際公認(rèn)的難題。

目前，國外專家針對(duì)火災(zāi)后混凝土構(gòu)件損傷評(píng)估進(jìn)行了大量研究，研究成果顯著，針對(duì)具體工程特點(diǎn)，研發(fā)了具有針對(duì)性的測(cè)試方法。我國在此領(lǐng)域也開展了大量前瞻性工作，頒布了《火災(zāi)后建筑結(jié)構(gòu)鑒定標(biāo)準(zhǔn)》，目前國內(nèi)已有火災(zāi)檢測(cè)、評(píng)估報(bào)告基本以該標(biāo)準(zhǔn)為主線進(jìn)行編寫，應(yīng)用廣泛。查閱分析相關(guān)文件資料，基于火災(zāi)后混凝土構(gòu)件外觀特征，主要包括：構(gòu)件表面顏色、裂縫開展程度、撓度變化程度等，作為判斷火災(zāi)的火場(chǎng)溫度及構(gòu)件灼著溫度的主要依據(jù)，進(jìn)行初步鑒定評(píng)級(jí)，進(jìn)而通過紅外熱像技術(shù)、抽樣試驗(yàn)等校核構(gòu)件承載力進(jìn)行詳細(xì)鑒定評(píng)級(jí)。但迄今為止，由于火災(zāi)蔓延復(fù)雜性及檢測(cè)手段的局限性，仍沒有一種方法能完全令人滿意。

近些年來，動(dòng)力檢測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中，對(duì)于定量評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受損程度具有重要意義。目前，基于動(dòng)力測(cè)試手段進(jìn)行火災(zāi)后混凝土構(gòu)件損傷性能評(píng)估僅停留于科研階段，主要原因是對(duì)測(cè)試工具、測(cè)試方法、評(píng)估方法要求甚高。

2 火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的修復(fù)

火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的修復(fù)是基于損傷評(píng)估提出，火災(zāi)過程之后，鋼筋混凝土梁的損傷評(píng)估和修復(fù)可大致分為3個(gè)層級(jí)：

1)基于現(xiàn)場(chǎng)已有調(diào)查，包含構(gòu)件外觀特征、燒灼物特點(diǎn)、錘擊聲音等初步鑒定和回彈法、鉆心取樣等詳細(xì)鑒定，進(jìn)而推定結(jié)構(gòu)損傷情況。

2)進(jìn)行力學(xué)層面的校核，通過對(duì)混凝土、鋼筋的力學(xué)性能進(jìn)行折算，驗(yàn)證火災(zāi)后構(gòu)件變形和承載能力。

3)基于大量的試驗(yàn)、有限元數(shù)值模擬、理論驗(yàn)算進(jìn)而制定修復(fù)方案，最后采用已有常見加固措施進(jìn)行修復(fù)。

針對(duì)火災(zāi)后混凝土構(gòu)件修復(fù)加固，國內(nèi)外學(xué)者提出大量方法和技術(shù)，基本原理主要是提高材料力學(xué)性能和增大截面剛度。主要包括增大截面面積、粘貼鋼板的方法、置換的方法、受損表面噴射混凝土的方法、繞絲的方法、增設(shè)鋼支撐的方法等。方法眾多，修復(fù)思路大致相同，但是，從微觀角度進(jìn)行修復(fù)的方法甚少。

3 展望

1)火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷評(píng)估及修復(fù)是整體性工作，損傷評(píng)估方法的好壞直接決定后期修復(fù)的效果，故進(jìn)行損傷評(píng)估工作具有重要意義。伴隨人工智能、動(dòng)力測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，基于動(dòng)力測(cè)試進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件定量損傷評(píng)估具有不錯(cuò)的發(fā)展前景。

2)火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件修復(fù)工作，對(duì)于保障人民財(cái)產(chǎn)安全、節(jié)材、節(jié)能具有重要意義。伴隨可再生混凝土、自愈性混凝土等新型材料的出現(xiàn)，有不錯(cuò)的應(yīng)用前景。

3)現(xiàn)有文獻(xiàn)，針對(duì)混凝土構(gòu)件損傷及修復(fù)工作，主要圍繞宏觀尺度進(jìn)行，致?lián)p機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠全面、深入，故進(jìn)行微觀尺度研究具有重要意義。

4 結(jié)語

通過上述總結(jié)、論述，我們可以得知：進(jìn)行火災(zāi)后混凝土構(gòu)件的損傷評(píng)估及修復(fù)具有重要意義?，F(xiàn)有很多損傷評(píng)估及修復(fù)工作只停留在定性判斷位置上，相信不久的將來，伴隨著相關(guān)損傷識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，混凝土構(gòu)件定量評(píng)估、有效性修復(fù)等工作會(huì)得到真正解決。

[1] 吳 波,唐貴和.近年來混凝土結(jié)構(gòu)抗火研究進(jìn)展[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2010,31(6):110-121.

[2] 陸洲導(dǎo),蘇 磊.我國混凝土結(jié)構(gòu)火災(zāi)(高溫)后損傷機(jī)理與評(píng)估方法的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2010(S2):202-209.

[3] 陸洲導(dǎo),蘇 磊,余江滔,等.火災(zāi)后混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)的方法與發(fā)展探討[J].結(jié)構(gòu)工程師,2010,26(1):131-138.

The damage evaluation and repair of concrete members after fire

Liu Chengxin

(CivilEngineeringSchool,QingdaoTechnologicalUniversity,Qingdao266033,China)

This paper introduced the damage mechanism of fire to concrete member and the fire development process, discussed the existing damage evaluation and repair methods, according to the shortage of existing methods, put forward the future development trend of concrete member damage evaluation and repair after fire.

fire, damage assessment, concrete member, steel bar

1009-6825(2017)20-0043-02

2017-04-25

劉承鑫(1993- )，男，在讀碩士

TU375

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