公路桥梁火灾后检测评定及加固策略研究 .pdf

公踹评成究

摘要：公路桥梁作为交通网络的关键组成部分，其安全性对于保人民生命

财产安全和社会经济活动的顺畅运行至关重要。然而，桥梁在遭受火灾等灾害时,

其结构完整性和功能性往往受到威胁。本研究分析了火灾对桥梁结构材料的热学

影响和结构完整性的潜在损害，重点关注钢材和混凝土在高温下的性能变化。详

细讨论了非破坏性检测技术如声波检测和红外热成像以及结构健康监测系统在

桥梁安全评估中的应用。探讨了损伤评估模型，特别是计算模拟在理解火灾影响

方面的作用。在加固与修复策略方面，本文着重于材料选择、设计方法和施工技

术，强调了在实施过程中的安全和环境考量，并提出相关建议。

关键词：桥梁安全；灾后恢复；结构健康监测

引言

公路桥梁作为交通网络的关键组成部分，承担着连接不同地理区域、促进经

济与文化交流的重要任务，不仅是物理结构，更是社会经济活动的重要支撑。桥

梁通过跨越河流、山谷、道路或其他碍，有效缩短了旅行时间，提高了交通效

率，对于维持地区间的经济活动和社会交往具有不可替代的作用。例如，在城市

地区，桥梁有助于缓解交通拥堵；在偏远地区，常常是连接偏远地区与外界的唯

一途径。

鉴于火灾对公路桥梁潜在的影响，加强桥梁火灾后检测评定和加固策略研究

显得尤为重要。这不仅涉及到桥梁的结构完整性和使用寿命，也关系到公共安全

和社会经济稳定。因此，深入研究火灾对桥梁的具体影响、评估现有的检测和评

定方法以及探索有效的加固策略，对于确保公路桥梁的安全运营和服务功能的持

续性具有重要意义。

一、火灾对桥梁结构的影响

（一）热学影响：材料的热膨胀和强度下降

火灾是一种极端的热事件，它对桥梁结构材料的影响主要体现在热学性质的

改变上。桥梁结构通常由钢材、混凝土等材料构成，这些材料在高温环境下物理

和化学特性会发生显著变化。

（二）钢材的热影响

钢材是公路桥梁常用材料，具有良好的强度和韧性。然而，在火灾中，钢材

的强度和刚度会随温度的升高而明显下降。一般情况下，温度达到600°C左右

时，钢材的屈服强度会下降到室温时的一半左右。温度继续升高，钢材的强度将

进一步降低，最终导致结构变形或崩塌。此外，钢材在高温下会发生热膨胀，这

种不均匀膨胀可能导致局部应力集中，加剧结构损伤。

（三）混凝土的热影响

混凝土在高温下的行为更为复杂。随着温度升高，混凝土内部的水分开始蒸

发，产生蒸汽压力，可能导致爆裂和剥落。此外，混凝土的化学结构也会发生改

变，如碳酸钙分解，进一步减弱了其结构完整性。在极端情况下，混凝土会失去

大部分承载能力，导致严重的结构损伤。

二、检测与评定方法

在火灾发生后，及时、准确评估桥梁的结构安全性至关重要。这不仅涉及到

桥梁的迅速恢复和再利用，也关系到公众安全。现代技术提供了多种检测和评定

方法，从非破坏性检测技术到复杂的结构健康监测系统，再到基于计算的损伤评

估模型，这些方法各有其特点和应用场景。

（一）非破坏性检测技术

非破坏性检测（NDT）技术在评估桥梁结构完整性，尤其是在火灾后的损伤

评估中发挥着至关重要的作用。其中，声波检测和红外热成像是两种关键技术。

声波检测技术，特别是超声波检测，利用声波在材料中的传播特性来评估结构的

完整性。可以通过分析超声波在材料中的传播速度和衰减情况，确定材料内部的

裂缝、空洞和其他缺陷。超声波检测对于检测混凝土和金属结构中的内部损伤尤

为有效，能够精准识别和定位结构损伤。红外热成像技术通过检测材料表面的温

度分布来识别结构中的异常区域。红外热成像提供即时的视觉和定量数据，帮助

工程师迅速判断哪些区域需要进一步深入检查［1］。

（二）结构健康监测

结构健康监测（SHM）是一种先进、动态的检测方法，通过使用各种传感器

技术来持续监测桥梁的实时状态。这种方法不仅能够提供即时的结构信息，还能

帮助预测和预防潜在的结构问题。

SHM系统的核心在于其传感器技术。这些系统通常包括应变计、加速度计、

位移传感器等多种类型的传感器，它们协同工作，实时收集桥梁的应力、应变、

振动等关键数据。例如，应变计能够测量材料在受力时的变形程度，这对于评估

材料的应力状态和潜在的疲劳损伤至关重要。加速度计则用于监测桥梁的动态响

应，包括由交通荷载或自然因素（如风或地震）引起