เสาสะพานหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์เสริมแรง

1. การสำรวจทางวิศวกรรม

1.1 การสำรวจสะพาน

สะพานนี้เป็นสะพานทางหลวงสายหลัก โครงสร้างส่วนบนประกอบด้วยคานคอนกรีตอัดแรงต่อเนื่องขนาด 3x25 เมตร โครงสร้างส่วนล่างประกอบด้วยเสาเข็มและฐานรากเสาเข็ม ความยาวรวมของสะพานคือ 82 เมตร

1.2 พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับคานปกคลุม

คานครอบเสาสูง 1.5 เมตร กว้าง 1.8 เมตร และยาว 11.393 เมตร มีเหล็กเสริม HRB335 จำนวน 36 เส้น ติดตั้งอยู่ที่ขอบล่างของคานครอบจำนวน 28 เส้น ความแข็งแรงของคอนกรีตอยู่ที่ C35 และชั้นป้องกันคอนกรีตมีความหนา 6 เซนติเมตร

1.3 สภาพคานครอบที่ชำรุด

ในระหว่างการก่อสร้างคานหมวกเสา รูปแบบและการออกแบบของเหล็กเส้นรับแรงไม่ตรงกัน และเหล็กเส้นรับแรงบางส่วนเคลื่อนตัวขึ้นด้านบน ส่งผลให้ระยะห่างระหว่างเหล็กเส้นรับแรงและแกนกลางแคบลง และความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงสร้างลดลง

2. ความคิดเสริมแรง

เนื่องจากข้อผิดพลาดในการก่อสร้าง เหล็กเสริมหลักที่ขอบล่างของคานครอบจึงเคลื่อนขึ้นด้านบน ทำให้ความสามารถในการดัดของขอบล่างของคานครอบไม่เพียงพอ เนื่องจากสะพานยังไม่เปิดให้สัญจร จึงอาจพิจารณาติดตั้งแผ่นเหล็กและแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เข้ากับขอบล่างของคานครอบเพื่อเสริมแรงดัดได้ จำเป็นต้องเจาะรูและยึดคานครอบเพื่อยึดแผ่นเหล็ก ความเสียหายต่อคอนกรีตและเหล็กเส้นของคานครอบเดิมนั้นร้ายแรง จำเป็นต้องบำรุงรักษาพื้นผิวที่โผล่ออกมาของแผ่นเหล็กอย่างสม่ำเสมอหลังจากการก่อสร้างแผ่นเหล็กที่ติดไว้ การยึดแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับโครงสร้างคานครอบเดิมไม่ก่อให้เกิดความเสียหายใดๆ การก่อสร้างทำได้ง่ายและรวดเร็ว หลังจากเปรียบเทียบวิธีการเสริมแรงสองวิธี ได้แก่ แผ่นเหล็กที่ติดไว้กับแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ที่หุ้มไว้แล้ว เราจึงเลือกวิธีการเสริมแรงด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ที่หุ้มไว้

3. การวิเคราะห์โครงสร้าง

หน้าตัดของคานหมวก: b*h=1800mm*1500mm

fsd=280Mpa, fcd=161Mpa

ในการคำนวณ ถือว่าความสามารถในการรับน้ำหนักของคานฝาครอบเสาแบบเดิมเป็นไปตามข้อกำหนด ส่วนการเสริมเหล็กเป็นเพียงส่วนเสริมบางส่วนเพื่อลดความสามารถในการรับน้ำหนักของคานฝาครอบที่เกิดจากข้อผิดพลาดในการก่อสร้าง

ตามทฤษฎีพื้นฐานของการออกแบบโครงสร้าง ได้มีการคำนวณกำลังรับน้ำหนักโมเมนต์ดัดของคานหมวกที่ออกแบบไว้เดิมและคานหมวกที่ก่อสร้างแล้วเสร็จจริง ความแตกต่างระหว่างทั้งสองคือค่าโมเมนต์ดัด ซึ่งจำเป็นต้องเสริมความแข็งแรงโดยการพันฟิล์ม CFRP พื้นที่หน้าตัดของฟิล์มคาร์บอนไฟเบอร์สามารถหาได้จากสูตรพื้นฐานของกลศาสตร์วัสดุ

3.1 การคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักโมเมนต์ของคานปิดทับตามการออกแบบเดิม

3.1.1 คำนวณความสูงของโซนความดัน: x

x=(fsd*As)/(fcd*b)=(280 ×36 ×615．8)／(16．1 ×18001 =2 14．2 m m <sbh0(=0．56 ×1392．6=779．9 m m ).

จะไม่เกิดคานเสริมแรงมากเกินไป

3.1.2 ความสามารถในการรับน้ำหนักโมเมนต์ดัดของคานปิดในแบบเดิม

ความสามารถในการรับโมเมนต์ดัดของคานปิดตามการออกแบบเดิม:

Mu=fsd*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 การคำนวณความสามารถในการรับน้ำหนักโมเมนต์ของคานปกคลุมจริงในช่วงกลางช่วง

3.2.1 คำนวณความสูงของโซนความดัน: x'

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)

x=291.8mm

3.2.2 ความสามารถในการรับน้ำหนักโมเมนต์ของคานปกคลุมจริงในช่วงกลางช่วง

กำลังรับโมเมนต์ของคานปกคลุมจริงในช่วงกลาง: Mu'=fsd*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

ค่า Mu' จริงมีขนาดเล็กกว่าค่า Mu ที่ออกแบบไว้ Mu-Mu'=7 979-7 l10 =869 k N ·m ．

3.3 การคำนวณพื้นที่ของแผ่น CFRP wrap paste

การวางแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ไว้ที่ขอบล่างของคานครอบจะช่วยชดเชยความสามารถในการรับน้ำหนักโมเมนต์ดัดที่เกิดจากโครงสร้าง ความกว้าง b ของแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์หุ้มคือ 20 ซม. โมดูลัสยืดหยุ่น Ef คือ 2.4 * 105 M Pa และความหนาของแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ชั้นเดียวคือ 0.167 มม.

M=A_f*F_f*E_f(h-x/2)

3.4 คาร์บอนไฟเบอร์หุ้มเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับเสา

ก) ควรหุ้ม CFRP ให้เป็นแถบและไม่ควรเกิน 3 ชั้น

ข) ความยาวซ้อนทับของ CFRP ตามทิศทางแรงของเส้นใยไม่ควรน้อยกว่า 100 มม. เมื่อใช้ CFRP หลายชั้นหรือหลายชั้น ควรจัดตำแหน่งซ้อนทับให้เหลื่อมซ้อนกัน

ค) เมื่อใช้ CFRP เพื่อตัดมุมเฉียงด้านนอกของชิ้นส่วน (ส่วนตัด) ควรขัดขอบของชิ้นส่วนให้เป็นพื้นผิววงกลมก่อนนำไปติด รัศมีของส่วนโค้งไม่ควรน้อยกว่า 20 มม.

D) เมื่อต้องการเสริมความแข็งแรงด้วย CFRP หลายชั้น ควรตัดแผ่นหุ้ม CFRP ออกเป็นชั้นๆ และใช้แถบอัดที่อยู่ด้านนอกสุดที่จุดตัดของแต่ละชั้น และโหมดการยึดติดควรเป็นแบบสั้นด้านในและยาวด้านนอก

เมื่อเสริมความแข็งแรงให้กับคานฝาครอบสะพานแล้ว จะวางแผ่นหุ้มคาร์บอนไฟเบอร์ 3 ชั้น กว้าง 20 มม. ไว้ที่ขอบด้านล่างของคานฝาครอบ และจัดเรียงตามขวาง 9 ชั้น ดังนั้น พื้นที่หน้าตัดของแผ่นหุ้มคาร์บอนไฟเบอร์จะเท่ากับ 901.8 ม. > A f: 764.05 ม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนด

สรุป

จากบทนำข้างต้น จะเห็นได้ว่าการยึดติดแผ่น CFRP สามารถทดแทนปัญหาความสามารถในการรับแรงดัดของคานหัวเสาที่ไม่เพียงพอ ซึ่งเกิดจากการเสริมเหล็กไม่เพียงพอในกรณีที่โครงสร้างเดิมไม่เกิดความเสียหาย นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนักของชิ้นส่วนดัดอื่นๆ เช่น คานคอนกรีตเสริมเหล็ก ทั้งนี้ การยึดติดแผ่น CFRP มีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับเงื่อนไขการก่อสร้างและเทคนิคการก่อสร้าง เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพการก่อสร้าง จำเป็นต้องดำเนินการโดยหน่วยงานก่อสร้างมืออาชีพที่มีประสบการณ์การก่อสร้างสูง และในแต่ละขั้นตอนการก่อสร้างจะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดในการควบคุมคุณภาพอย่างเคร่งครัด