Укрепление опоры моста армированием из углеродного волокна

1. Инженерное обследование

1.1 Обследование моста

Мост является мостом магистральной автомагистрали. Пролетное строение моста представляет собой предварительно напряженную бетонную неразрезную коробчатую балку 3 x 25 м. Подземное строение представляет собой колонную опору и свайный фундамент. Общая длина моста составляет 82 м.

1.2 Параметры, связанные с балкой покрытия

Балка покрытия опоры имеет высоту 1,5 м, ширину 1,8 м и длину 11,393 м. Всего на нижнем крае балки покрытия было установлено 36 стержней 28 HRB335. Прочность бетона составляла C 35, а толщина защитного слоя бетона составляла 6 см.

1.3 дефект балки покрытия

Во время строительства балок покрытия опоры расположение и конструкция напряженных стальных стержней не соответствуют друг другу, и часть напряженных стальных стержней перемещается вверх, что приводит к уменьшению расстояния между напряженными стальными стержнями и нейтральной осью и снижению несущей способности конструкции.

2. Идеи армирования

Из-за ошибки строительства основная арматура нижнего края балки покрытия перемещается вверх, а изгибающая способность нижнего края балки покрытия недостаточна. Поскольку мост не был открыт для движения, можно рассмотреть возможность приклеивания стальной пластины и обмотки из углеродного волокна к нижнему краю балки покрытия для изгибной арматуры. Необходимо просверлить отверстия и сделать болты на балках покрытия, чтобы приклеить стальные пластины. Повреждение бетона и стальных стержней исходных балок покрытия является серьезным. Открытую поверхность стальных пластин следует регулярно обрабатывать после строительства приклеивания стальных пластин. Приклеивание обмотки из углеродного волокна для усиления исходной конструкции балки покрытия не вызывает никаких повреждений, строительство является простым и быстрым. Сравнив два метода армирования — наклеивание стальной пластины и обмотка из углеродного волокна, мы выбрали метод армирования — наклеивание обмотки из углеродного волокна.

3 Анализ структуры

Поперечное сечение балки-крышки:

b*h=1800mm*1500mm.

fsd=280Mpa,fcd=161Mpa

При расчете предполагается, что несущая способность балки-крышки исходного проекта соответствует требованиям, а армирование является лишь частичным дополнением для снижения несущей способности балки-крышки, вызванной ошибками в строительстве.

Согласно базовой теории проектирования конструкций, рассчитывается несущая способность изгибающего момента балки-крышки исходного проекта и балки-крышки фактического завершения строительства. Разница между ними представляет собой значение изгибающего момента, которое необходимо усилить путем наклеивания оболочки из углепластика. Площадь поперечного сечения оболочки из углеродного волокна можно получить по базовой формуле механики материалов.

3.1 расчет несущей способности момента балки-крышки в исходном проекте

3.1.1 расчет высоты зоны давления: x

 x=(fsd*As)/(fcd*b)=(280 ×36 ×615．8)／(16．1 ×1 8001 =2 14．2 m m <sbh0(=0．56 ×1 392．6=779．9 m m ).

Избыточное усиление балки не произойдет.

3.1.2 несущая способность балки покрытия по изгибающему моменту в исходном проекте

Несущая способность балки покрытия по изгибающему моменту в исходном проекте:

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)=280 ×36 ×6 15．8 (1 500一f60+31．6 ×1．5)-214．2／2]=7 979 kN.m．

3.2 расчет несущей способности момента фактической балки покрытия в середине пролета

3.2.1 расчет высоты зоны давления: x'

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)

x=291.8mm

3.2.2 Несущая способность фактической балки покрытия в середине пролета по моменту

Несущая способность фактической балки покрытия в середине пролета по моменту:

M_u^'₌f_sd*As(h₀*x'/2)==280 ×[615．8 X 23 ×(1 500-60-31．6／2-291．8／2)+6 15．8 ×1 l ×fl 500—60—3 1．6／2—3 19-291．8／2)+615．8 ×2 ×(1 500-60-31．6／2—319 ×2-291．8／2)=7 1 10 kN .mm

TФактическое значение Mu' меньше расчетного Mu. Mu-Mu'=7 979-7 l10 =869 кН · м.

3.3 расчет площади оберточной пасты CFRP

При размещении ваты из углеродного волокна на нижнем крае балки покрытия компенсируется изгибающий момент, возникающий из-за конструктивных причин. Ширина b обертки из углеродного волокна составляет 20 см, модуль упругости Ef составляет 2,4 *105 М Па, а толщина однослойного листа углеродного волокна составляет 0,167 мм.

M=Af*Ff*Ef(h-x/2)

3.4 обмотка из углеродного волокна для укрепления опоры

A) обмотка из CFRP должна быть бандажной и не должна быть более 3 слоев.

B) длина нахлеста CFRP вдоль направления силы волокна не должна быть менее 100 мм. При использовании многослойной или многослойной обмотки CFRP положения нахлеста должны быть смещены.

C) При использовании CFRP для обхода внешней фаски элемента (секции) край секции элемента должен быть отполирован до круглой поверхности перед склеиванием. Радиус дуги должен быть не менее 20 м м.

D) При укреплении многослойным CFRP обмотка CFRP должна быть отрезана слой за слоем, и должна использоваться самая внешняя полоса сжатия в точке среза каждого слоя, а режим склеивания должен быть коротким внутри и длинным снаружи.

При усилении балки перекрытия моста на нижний край балки перекрытия наклеивают три слоя углепластиковой обмотки шириной 20 мм, а девять слоев располагают поперечно, тогда площадь поперечного сечения углепластиковой обмотки составляет 901,8 м2 > A f: 764,05 м2, что соответствует требованиям.

Резюме

Из вышеизложенного введения следует, что склеивание обертки из углепластика может компенсировать проблему недостаточной изгибной способности балок оголовка опоры, вызванную недостаточным армированием, в случае отсутствия повреждений исходной конструкции. Оно также полезно для повышения несущей способности других изгибаемых элементов, таких как железобетонные балки. Следует отметить, что склеивание углепластика предъявляет строгие требования к условиям строительства и методам строительства. Для обеспечения качества строительства необходимо, чтобы строительство выполняли профессиональные строительные подразделения с большим опытом строительства и на каждом этапе строительства строго в соответствии с требованиями спецификаций по контролю качества.