งานเสริมกำลังและซ่อมแซมสะพานคอนกรีตเก่า

บทนำโดยย่อของการออกแบบโครงการก่อสร้างสะพานลอย

สะพานลอยเจียนเซียงตั้งอยู่ที่จุดตัดระหว่างถนนวงแหวนรอบนอกสี่แยกเหนือและทางด่วนปาต้าหลิงในกรุงปักกิ่ง สร้างเสร็จในปี พ.ศ. 2541 โครงสร้างส่วนบนของสะพานเป็นคอนกรีตอัดแรง 6 ช่วง กว้าง 18 เมตร คานรับน้ำหนักตั้งอยู่ตรงกลาง ทั้งสองฝั่งเป็นช่องทางเดินรถสองทางสำหรับยานยนต์ ด้านนอกทั้งสองฝั่งเป็นช่องทางเดินรถที่ไม่ใช่ยานยนต์ กว้าง 55 เมตร ด้วยปริมาณการจราจรในเมืองที่เพิ่มขึ้น ความกว้างของสะพานลอยที่มีอยู่เดิมอาจไม่เพียงพอที่จะรองรับปริมาณการจราจรได้ เพื่อให้ถนนวงแหวนรอบนอกสี่แยกที่สี่กลายเป็นทางด่วนในเมือง จำเป็นต้องขยายสะพานเดิมให้กว้าง 72 เมตรทั้งสองด้านของด้านใต้และด้านเหนือ ปรับปรุงสะพานเดิมที่ไม่ใช้ยานยนต์ทั้งสองด้านให้เป็นสะพานถนนเสริม และสร้างสะพานที่ไม่ใช้ยานยนต์ใหม่ ปัจจุบัน คานหลักและคานหัวเสากลางของโครงสร้างส่วนบนของสะพานได้รับการออกแบบตามมาตรฐานสำหรับรถยนตร์ระดับ Super 20 และรถพ่วงระดับ 120 ส่วนน้ำหนักบรรทุกของคานหลักและคานหัวเสากลางของโครงสร้างส่วนบนที่สอดคล้องกับช่องทางเดินรถที่ไม่ใช้เครื่องยนต์ได้รับการออกแบบตามมาตรฐานสำหรับรถยนตร์ระดับ 15 และรถพ่วงระดับ 80 โดยเมื่อสร้างสะพานเสริมใหม่ จำเป็นต้องรับน้ำหนักบรรทุกของคานหลักและคานหัวเสากลางของรถยนต์และรถพ่วงระดับ 120 ปัจจุบัน คานหลักของสะพานที่ไม่ใช้รถยนต์ได้ถูกรื้อถอนและเปลี่ยนใหม่แล้ว แต่คานหัวเสากลางของรถยนต์และรถยนต์ที่ไม่ใช้รถยนต์ยังไม่ได้ถูกถอดออก ซึ่งเป็นโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็กแบบต่อเนื่องที่มีหน้าตัดแปรผันสามช่วงและหนึ่งข้อต่อ

หลังจากการคำนวณและเปรียบเทียบซ้ำหลายครั้ง เพื่อลดภาระงานเสริมแรงในบริเวณโมเมนต์ดัดบวกและลบของคานครอบสะพาน ในด้านหนึ่ง ได้ใช้มาตรการลดน้ำหนักตายตัวของสะพาน และเปลี่ยนพื้นคอนกรีตเป็นพื้นคอนกรีตน้ำหนักเบา (น้ำหนักต่อหน่วยคือ 19 กิโลนิวตัน/ลูกบาศก์เมตร) ในทางกลับกัน ความกว้างของเสาตอม่อใต้ฝาครอบเสากลางจะกว้างขึ้น โมเมนต์ดัดบวกและลบและแรงเฉือนของคานครอบสะพานจะลดลงตามไปด้วย ด้วยวิธีนี้ โครงสร้างเหล็กเสริมของคานครอบบางส่วนของยานยนต์ในปัจจุบันจึงสามารถตอบสนองความต้องการการออกแบบได้ และแรงเค้นของคานครอบบางส่วนของถนนเสริมที่เกี่ยวข้อง (ซึ่งปัจจุบันเป็นสะพานที่ไม่ใช่ยานยนต์) จะแตกต่างจากข้อกำหนดการออกแบบ 10-15% เพื่อเป็นการรองรับโครงการ และเพื่อให้สอดคล้องกับสถานการณ์ที่การจราจรบนถนนวงแหวนรอบที่ 4 ไม่สามารถหยุดชะงักได้ ได้มีการเสริมกำลังคานยึดเสากลางทั้ง 5 แถว จำนวน 20 จุด ทั้งแบบโมเมนต์บวกและลบ โดยได้รับการอนุมัติจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง พื้นที่คานยึดสะพานทั้งหมดอยู่ที่ 395 ตารางเมตร

แผนการเสริมแรงและการเลือกวัสดุ

โครงการเสริมแรงโครงสร้าง

การออกแบบเดิมของคานครอบสำหรับเสากลางเป็นแบบคานครอบที่มองไม่เห็น ซึ่งสร้างความยากลำบากอย่างมากให้กับงานเสริมแรง ในตอนแรกได้เสนอแผนการเสริมแรงด้วยคอนกรีตเสริมใยเหล็กพ่น (SFRC) และแผ่นเหล็กด้านนอก เนื่องจากปลายคานหลักอยู่ห่างจากด้านนอกของคานครอบเพียง 5 เซนติเมตร ณ ช่วงคาน ความเป็นไปได้ของทั้งสองแบบจึงน้อยกว่าข้อจำกัดด้านพื้นที่ก่อสร้าง สุดท้ายได้เลือกใช้ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวเพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับคานครอบ ความแข็งแรงสูงสุดของ CFRP สูงกว่าเหล็กเส้นธรรมดาถึง 10 เท่า และโมดูลัสยืดหยุ่นใกล้เคียงกับเหล็กเส้น เหมาะสำหรับการเสริมแรงโครงสร้างคอนกรีตเสริมเหล็ก นอกจากนี้ การก่อสร้างยังเรียบง่ายและเหมาะสำหรับงานเสริมแรงที่ใช้เวลาก่อสร้างสั้น

การเลือกใช้วัสดุ

ในช่วงสองสามปีที่ผ่านมา จีนได้นำคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ที่ผลิตในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นเข้ามาใช้ และดำเนินโครงการเสริมแรงบางส่วน ซึ่งประสบความสำเร็จเป็นอย่างดี แต่ต้นทุนที่สูงส่งผลกระทบต่อการประชาสัมพันธ์และการใช้งาน เมื่อเร็วๆ นี้ การปรากฏตัวของผ้าคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในประเทศได้วางรากฐานสำหรับการเลือกใช้วัสดุวิศวกรรมชนิดนี้ ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์และเรซินที่เข้ากันของ Horse Construction ได้ถูกนำมาเปรียบเทียบกัน ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ผลิตจากลวดคุณภาพสูงนำเข้า ซึ่งมีความน่าเชื่อถือ มีเสถียรภาพในด้านคุณภาพ และต้นทุนต่ำ ผลิตภัณฑ์ผ่านมาตรฐานการตรวจสอบคุณภาพแห่งชาติที่เข้มงวด และดัชนีประสิทธิภาพทั้งหมดอยู่ในระดับเดียวกับผลิตภัณฑ์ที่คล้ายคลึงกันในต่างประเทศ

เทคโนโลยีการก่อสร้างผ้าคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียว

เพื่อให้มั่นใจว่าเหล็กเส้นรับแรงเดิมและเส้นใยคาร์บอนเสริมแรงสามารถทำงานพร้อมกันได้ ควรลดความแตกต่างของแรงเค้นและความเครียดระหว่างเหล็กเส้นเดิมและเส้นใยคาร์บอนแบบทิศทางเดียวให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ควรพิจารณามาตรการการถ่ายน้ำหนักเมื่อเสริมความแข็งแรงคานยึด เพื่อให้สามารถเลื่อนเวลาในการถ่ายโอนเหล็กเสริมของคานยึดเดิมไปยังเส้นใยคาร์บอนแบบทิศทางเดียวได้ คานยึดสามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเหล็กเส้นเสริมแรงเดิมและเส้นใยคาร์บอนแบบทิศทางเดียวสามารถเข้าสู่ขีดจำกัดได้ตามลำดับเมื่อถูกทำลาย และเพิ่มความแข็งแรงโดยรวมของคานยึดได้อย่างมีนัยสำคัญ มาตรการการถ่ายน้ำหนักสำหรับการเสริมความแข็งแรงคานยึด ได้แก่ การรื้อคานหลักที่มีมาตรฐานการรับน้ำหนักเดิมต่ำ การติดเส้นใยคาร์บอนแบบทิศทางเดียวเพื่อเสริมความแข็งแรง และการติดตั้งคานหลักที่มีมาตรฐานการรับน้ำหนักมาตรฐานใหม่

การประยุกต์ใช้การเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์แบบทิศทางเดียวสำหรับคานหัวเสากลางในโครงการเสริมแรงสะพานลอยเจี้ยนเซียง ช่วยประหยัดเงินได้ประมาณ 25 ล้านหยวน ลดระยะเวลาการก่อสร้าง และแก้ปัญหาการก่อสร้างต่อเนื่อง หน่วยงานที่เกี่ยวข้องให้คำชื่นชมอย่างมาก