Во время длительного обслуживания армированных и предварительно напряженных бетонных мостов структурные изгибные элементы-такие как основные балки, Т-образные балки и небольшие коробчатые балки-подвержены различным структурным патологиям. К ним относятся растрескивание, ухудшение жесткости, накопление остаточного прогиба, коррозия арматуры и снижение несущей способности, что является результатом сочетанного воздействия чередующихся автомобильных нагрузок, циклов температуры и влажности, циклов замораживания-оттаивания, карбонизации и проникновения хлоридных ионов.

Армирование с использованиемПластины из полимера, армированного углеродным волокном (CFRP)Представляет собой новый, минимально инвазивный, высокоэффективный и долговечный метод усиления. Это позволяет устранить структурные дефекты и повысить резервы безопасности несущей способности без изменения первоначальной структурной системы моста.

Свойства материала и механизм структурного армирования плит из углеродного волокна

Пластины из углеродного волокна изготавливаются путем формования и отверждения непрерывных нитей из углеродного волокна модифицированной эпоксидной смолой. По сравнению с тканью из углеродного волокна они обладают такими преимуществами, как непрерывность волокон, равномерное распределение напряжений, стабильный модуль упругости и превосходная устойчивость к отслаиванию. Следовательно, они служат специализированным, высокоэффективным материалом, специально разработанным для укрепления мостов при изгибе. Пластины из углеродного волокна, обычно используемые в армировании мостов, обычно обладают прочностью на разрыв ≥ 2800 МПа и модулем упругости ≥ 165 ГПа; кроме того, при плотности всего в четверть от плотности стали они характеризуются исключительной прочностью, усталостной стойкостью, коррозионной стойкостью, и отсутствие пластической деформации.

Когда железобетонный flexural член подвергается к нагрузке, растягивающие силы внутри зона напряжения главным образом принесены продольной стальной арматурой. Однако проблемные мосты часто работают в треснутом состоянии, что приводит к чрезмерным уровням напряжений в стальной арматуре и недостаточной структурной жесткости. Армирование с использованием пластин из углеродного волокна включает в себя склеивание пластин с областями максимального натяжения на конструктивный элемент-обычно с использованием специального структурного эпоксидного клея-тем самым создавая синергетическую несущую систему, включающую бетон, стальную арматуру и пластину из углеродного волокна. При приложенных нагрузках передача напряжений через интерфейс достигается за счет сочетания адгезивного склеивания и механической блокировки. Пластина из углеродного волокна принимает на себя значительную часть растягивающего напряжения, тем самым эффективно снижая уровни напряжений в стальной арматуре, ограничивая распространение трещин и ограничивая вертикальное отклонение балки или плиты. В конечном счете, этот процесс восстанавливает и улучшает изгибную жесткость и несущую способность конструктивного элемента, одновременно улучшая общие усталостные характеристики конструкции.

Преимущества углеродных волокнистых пластин по сравнению с традиционными методами армирования мостов

По сравнению с традиционными методами армирования, армирование пластинами из углеродного волокна идеально соответствует современным требованиям к укреплению мостов, в частности, является «минимально инвазивным, с низким уровнем разрушения, долговечным и экономически эффективным». Его основные преимущества заключаются в следующем:

1. Отличная структурная синергия и высокая точность армирования: модуль упругости углеродных пластин близко соответствует модулю упругости бетонной и стальной арматуры, устраняя такие проблемы, как задержка напряжения или резкие изменения жесткости. Это позволяет точно компенсировать структурные недостатки несущей способности и жесткости, эффективно устраняя критические структурные дефекты, такие как чрезмерное растрескивание и прогиб. Следовательно, усиленная структура демонстрирует равномерное и стабильное распределение напряжений.

2. Отсутствие дополнительной нагрузки; Отсутствие изменения к первоначальной структуре: плиты углерода весьма тонки (типично 1,2-3,0 мм) с незначительным само-весом; таким образом, подкрепление не добавляет никакой дополнительной мертвой нагрузки к мосту. Кроме того, этот процесс не изменяет систему передачи силы конструкции, размеры зазора или выравнивание палубы, а также не вызывает дополнительной нагрузки на опоры, устои или фундаменты. Это делает его идеально одетым для подкрепления в ограниченных окружающих средах, как городские виадуки и живописные мосты.

3. Погод-устойчивый и прочный; Низкая цена жизненного цикла: Этот метод совершенно разрешает общую проблему корозии стальной пластины связанной с традиционным подкреплением скрепленн-стали. Углеродные пластины обладают стабильными химическими свойствами, предлагая отличную стойкость к кислотам, щелочам, циклам замораживания-оттаивания и УФ-индуцированному старению. Они обеспечивают долгосрочную, стабильную работу даже в сложных наружных условиях. Усиленная система имеет срок службы более 30 лет, что значительно снижает будущие затраты на техническое обслуживание, ремонт и реконструкцию.

4. Высокая эффективность конструкции; Минимальное нарушение движения: Процесс главным образом использует «сухие» или «полу-сухие» минимально инвазионные методы, исключая потребность для тяжелой техники или деятельности влажн-бросания конкретной. Благодаря упрощенным процедурам и коротким периодам отверждения он облегчает строительство «половинной ширины», что позволяет быстро открывать полосы движения, тем самым значительно сводя к минимуму нарушение транспортного потока на основных городских магистралях и магистральных магистралях.

5. Широкая применимость; Поддерживает композитную арматуру: углеродные пластины могут использоваться независимо для усиления изгиба или могут быть интегрированы в композитную систему армирования-в сочетании с затиркой трещин, армированием ножниц из углеродистой ткани и концевым креплением-для устранения сложных конструктивных дефектов в широком спектре компонентов моста, включая коробчатые балки, Т-балки, И пустотелые плиты.

Сфера применения и ограниченияПлиты волокна углерода

Эта технология подходит для укрепления мостов с прочными бетонными подложками с достаточной прочностью, где недостатки ограничены недостаточной несущей способностью, ухудшением жесткости, растрескиванием или чрезмерным отклонением. Для мостов показывая строгую реакцию алкали-компосита в субстрате, недостаточную конкретную прочность, неустроенное поселение учреждения, или строгое структурное искажение и деформацию, ремонт субстрата, восстановление поселения, и структурное выравнивание необходимо завершить до осуществлять подкрепление плиты углерода. Кроме того, пластины из углеродного волокна обладают ограниченной устойчивостью к высоким температурам и ударным силам; поэтому в средах, связанных с открытым пламенем или высокой температурой, требуется нанесение огнезащитного покрытия, а открытые секции должны быть надлежащим образом защищены, чтобы предотвратить повреждение, вызванное внешними ударными силами.

Используя свои комплексные преимущества, включая высокую прочность, легкие свойства, исключительную долговечность, минимальную инвазивность и низкий уровень разрушения, технология армирования пластин из углеродного волокна эффективно устраняет недостатки традиционных методов укрепления мостов. Это позволяет точно устранять структурные дефекты, повышает предел прочности конструкции и продлевает срок службы мостов, при этом требуется лишь минимальное структурное вмешательство.