DB42∕T 1743-2021 混凝土梁桥火灾损伤评估技术规程

1、ICS93.040CCSP 28DB42湖北省地方标准DB42/T 17432021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 bridge2021 - 08 - 30 发布2021 - 11 - 01 实施湖北省市场监督管理局发 布DB42/T 17432021目次前言III1 范围42 规范性引用文件43 术语和定义44 基本要求55 损伤评估程序及内容55.1 损伤评估程序55.2 初步调查65.3 初步损伤检测65.4 初步损伤评级及处理措施66 详细调查与检

2、测76.1 一般规定76.2 火作用调查分析76.3 结构现状检测87 火灾桥梁结构受力分析97.1 火灾混凝土桥梁结构分析97.2 火灾后混凝土桥梁荷载试验分析98 火灾后桥梁结构详细损伤评估98.1 火灾后桥梁结构详细损伤评级98.2 火灾后桥梁结构详细损伤评级处理措施109 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15I库七七 标准下载DB42/T 1

3、7432021II库七七 标准下载DB42/T 17432021前言本文件按照GB/T 1.12020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

4、实施应用中的疑问， 可咨询湖北省交通运输厅， 联系电话：，邮箱： hbzjjglc；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：邮箱：22306591。本标准为首次制定。III库七七 标准下载DB42/T 17432021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

5、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 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 3.2详细损伤评估detailed damage asses

6、sment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 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 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 3.6XRD 分析X-ray diffraction analysis4库七七 标准下载桥梁能否安全通行否 、级交通管制与临时结构支护桥梁结构详细损伤评估DB42/T 17432021通过 X 射线衍射试验分析出混凝土粉末样本

7、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 损伤评估程序组建桥梁检测小组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

8、伤评估两个阶段进行，具体损伤评估程序见图 1。桥梁结构初步损伤评级桥梁结构外观损伤调查桥梁结构火灾情况调查桥梁结构历史情况调查是编制灾后损伤评估报告、级桥梁详细损伤评级桥梁承载能力检测分析桥梁专项检测分析火灾作用下温度场分析编制灾后损伤评估报告图1梁桥结构火灾后损伤评估程序5库七七 标准下载DB42/T 174320215.2 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

9、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

10、、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：6库七七 标准下载DB42/T 17432021 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

11、，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

12、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。

13、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（）20100200300400500600700800900100011001200系数（W/（m·K）1.621.531.431.341.221.111.020.940.850.79

14、0.740.690.66c) 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/（m2·K）空气自然对流310气体强迫对流201006.2.3 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。7库七七 标准下载DB42/T 174320216.2.4 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

15、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

16、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

17、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

18、灾升温曲线按式（1）计算。𝑇 𝑇0 = 345log （8𝑡 + 1）(1)式中：𝑡升温持续时间：min；𝑇为升温后温度：；8库七七 标准下载DB42/T 17432021𝑇0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

19、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1.01.2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

20、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

21、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）AR/0S1.2B1.2R/0S1.0C1.0R/0S0.85DR/0S0.85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。9DB42/T 17432021d) 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

22、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。10DB42/T 17432021A A附录 A（规范性）火灾后混

23、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+nH2O280330水泥水化产物氢氧化钙脱水Ca（OH）2CaO+H2O或砂石中 -石英发生变相-SiO2-SiO2580570骨料中白云石分解CaMg（CO3）2CaCO3+MgO+C

24、O2 骨料中方解石及水泥石碳化生成物分解 CaCO3CaO+ CO2 720740900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 Ca O 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 Ca O 生成吸收空气中水分，内部互相破坏700760浆体脱水放出 Ca O 成为团聚体，浆体酥松，孔隙大76

25、0800水泥浆体成为不连续团块，孔隙很大，Ca O 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98011DB42/T 17432021B 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（）300300500500700700800800颜色灰青、近视正常浅灰、略显粉红浅灰白、

26、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12DB42/T 17432021C 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.1C.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300400500600700800fcu,i/ fcu1.001.000.800.700.600.400.20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