การเสริมแรงสะพานคนเดินแบบแผ่นกลวงธรรมดา

ภาพรวมโครงการ

ทางด่วนเฉิงจื่อลู่ฉือช่วงลู่โจว เป็นถนนสายหลักระหว่างเสฉวนและกุ้ยโจว มีปริมาณการจราจรหนาแน่นและเพิ่มขึ้นนับตั้งแต่เปิดใช้ เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ชาวบ้านทั้งสองฝั่งของทางด่วน จึงได้สร้างสะพานลอยคอนกรีตเสริมเหล็กแบบแผ่นกลวงจำนวนหนึ่งบนทางด่วนช่วงลู่โจว

เฉิง นับตั้งแต่ทางด่วนลู่ฉือช่วงลู่โจวได้เปิดให้บริการอย่างเป็นทางการในอีกหนึ่งปีต่อมา หน่วยงานตรวจสอบได้ดำเนินการตรวจสอบสะพานข้ามทางรถไฟเป็นประจำเป็นครั้งแรก พบว่าส่วนประกอบหลักของสะพานคนเดินที่ K248+115 มีข้อบกพร่องขนาดใหญ่ ซึ่งส่งผลกระทบต่อการใช้งานของสะพานหรือความสามารถในการรับน้ำหนัก

สะพานคนเดินที่ K248+115 เชื่อมต่อฐานรากโรงงานน้ำตาลและชิงหลงจุ้ย โดยมีความยาวรวม 50 เมตร ผังแนวนอนของพื้นสะพานคือ 0.25 เมตร (ตาข่ายกันการเคลื่อนตัว) + 3.0 เมตร (ทางเท้าพื้นสะพาน) + 0.25 เมตร (ตาข่ายกันการเคลื่อนตัว) = 3.5 เมตร โครงสร้างส่วนบนเป็นแผ่นคอนกรีตเสริมเหล็กกลวงธรรมดาขนาด 2x20 เมตร รองรับน้ำหนักแบบง่าย มีกำลังรับน้ำหนักคอนกรีต C3 0 โครงสร้างแบบยกสำเร็จรูป ส่วนรองรับฐานรากใช้ฐานรากแบบแรงโน้มถ่วงเพื่อขยายฐานราก มีการติดตั้งฐานรองรับ GJZ150x250 x35 ที่ฐานรองรับ รวมสี่ฐาน ส่วนรองรับเสาแบบเสา ฐานรากขยาย และฐานรองรับ GJZ150x250x28 ที่เสาสะพาน รวมสี่ฐาน

โรคและสาเหตุของโครงสร้างส่วนบน

ข้อบกพร่องและโรคหลักของแผ่นกลวงของโครงสร้างส่วนบนมีดังนี้:

(1) รอยแตกแนวตั้งจำนวนมากบนสะพานทั้งด้านข้างคานมีจำนวน 240 แห่ง โดยมีความยาวรวม 96 เมตร และความกว้างสูงสุด 0.4 มม.

(2) สะพานมีรอยแตกร้าวตามขวางบริเวณฐานคานรวม 150 รอย มีความยาวรวม 150 ม. และมีความกว้างสูงสุด 0.22 มม.

แผ่นพื้นกลวงมีปีกของโครงสร้างส่วนบนก่อให้เกิดรอยแตกร้าวในแนวตั้งและแนวขวางจำนวนมาก และรอยแตกร้าวบางรอยก็เกินขีดจำกัด ซึ่งอาจเกิดจากการออกแบบที่ไม่ดี การควบคุมการก่อสร้างที่ไม่เพียงพอ การจัดการบำรุงรักษาที่ไม่ดี และคอนกรีตที่เสื่อมสภาพ ตัวโครงสร้างเองทำให้เกิดรู การแตกร่อน และการกัดกร่อนของเหล็กเส้นในระดับที่แตกต่างกัน ข้อบกพร่องเหล่านี้ทำให้ความแข็งแรงของคอนกรีตลดลง จากการเจาะภาคสนาม พบว่าเหล็กเส้นถูกวางอย่างไม่ถูกต้องในระหว่างกระบวนการก่อสร้างและมีการเอียงไปทางแกนกลาง

โดยสรุป ภายใต้แรงกระทำของน้ำหนัก โมเมนต์ดัดเชิงบวกของพื้นแผ่นกลวงในช่วง L/4~3L/4 มีค่าสูง ซึ่งนำไปสู่รอยแตกร้าวเชิงโครงสร้างและรอยแตกร้าวจากแรงเค้น กล่าวคือ ในระหว่างการทำงาน แรงสำรองความปลอดภัยป้องกันการแตกร้าวในทิศทางของแรงดึงหลักของฐานคานจะไม่เพียงพอ ส่งผลให้เกิดรอยแตกร้าวจำนวนมาก

แผนการเสริมคานหลัก

วัตถุประสงค์หลักของการเสริมกำลังคือการฟื้นฟูหรือปรับปรุงความสามารถในการรับน้ำหนักและประสิทธิภาพการใช้งานของสะพานโดยเร็วที่สุด เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานการรับน้ำหนัก "น้ำหนักบรรทุก 3.5kN/m2" และในเวลาเดียวกันก็จำกัดความกว้างของรอยแตกร้าวของโครงสร้างภายใต้การใช้งานน้ำหนักบรรทุก โดยรับประกันความปลอดภัยของโครงสร้างเป็นหลัก ปรับปรุงความทนทานของส่วนประกอบ และยืดอายุการใช้งานของสะพาน

สำหรับการเสริมความแข็งแรงของสะพาน ทางเลือกสุดท้ายคือการใช้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรงแบบติดกาว

เนื่องจากรอยแตกตามขวางจำนวนมากในแผ่นฐานของแผ่นพื้นกลวงและช่วงการกระจายตัวที่กว้าง จึงทำให้แผ่นลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรงถูกนำมาเคลือบ การอัดแรงอัดแรงสามารถปรับปรุงตัวบ่งชี้ต่างๆ ของโครงสร้างในระหว่างการใช้งานปกติ ลดความกว้างของรอยแตกหรือแรงปิดรอยแตก และปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงกลของคานแผ่น ผลของแรงอัดแรงอัดแรงเทียบเท่ากับการรับน้ำหนักย้อนกลับบนคานแผ่น แรงภายในบางส่วนภายใต้ภาระคงที่จะถูกชดเชย ค่าความเค้นของเหล็กเสริมหลักในเขตแรงดึงและแอมพลิจูดของความเค้นภายใต้ภาระแบบไดนามิกจะลดลง และประสิทธิภาพการล้าในระยะยาวของโครงสร้างก็ดีขึ้น หลังจากเสริมความแข็งแรงด้วยวิธีการนี้ คานสะพานไม่เพียงแต่จะเป็นไปตามข้อกำหนดของมาตรฐานการรับน้ำหนักการออกแบบเท่านั้น แต่ยังช่วยลดการเกิดรอยแตกร้าวของสะพานและเพิ่มความทนทานของสะพานได้อย่างมาก เนื่องจากวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อน การบำรุงรักษาในระยะหลังของการเสริมแรงจึงน้อยลง ซึ่งช่วยประหยัดต้นทุนการบำรุงรักษา

ต้นทุนของการเสริมแรงด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรงนั้นใกล้เคียงกับต้นทุนของการเสริมแรงด้วยแผ่นเหล็ก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการเสริมแรงอย่างต่อเนื่อง แรงอัดแรงจึงถูกนำไปใช้กับคานหลักด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ เพื่อปรับปรุงการเสียรูปของโครงสร้างเดิมได้อย่างรวดเร็วและอย่างมีนัยสำคัญ ลดและปิดรอยแตกร้าว และเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของโครงสร้างอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ วิธีการนี้ยังช่วยให้การเสริมแรงด้วยความเร็วสูง ซึ่งสามารถเสริมแรงคานหลักได้เสร็จภายในระยะเวลาอันสั้น เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการเปิดการจราจรอย่างรวดเร็ว

เสริมด้วยแผ่นคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรง

แผ่นลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์ที่ใช้เสริมแรงมีความกว้าง 50 มม. และหนา 2 มม. สายพานลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรงแต่ละเส้นประกอบด้วยแผ่นลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์สองชั้น แผ่นลามิเนตกลวงแต่ละแผ่นของสะพานประกอบด้วยสายพานลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรงสองชั้นสองเส้น แรงดึงรวม 400 kN และแรงดึงเบื้องต้นที่มีประสิทธิภาพของแผ่นลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรงคือ 1,000 MPa ควรใช้มาตรการป้องกันที่เหมาะสมในระหว่างกระบวนการยืด

สรุปแล้ว

แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์อัดแรงสองชั้นช่วยเพิ่มแรงรับแรงแตกร้าว แรงคราก และความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุดของโครงสร้างเสริมแรงได้อย่างมีนัยสำคัญ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการเสริมแรงดัดของสะพาน ซึ่งสามารถเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักโครงสร้างได้โดยตรงและมีประสิทธิภาพ แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์มีข้อดีที่โดดเด่นในการป้องกันการเกิดรอยแตกร้าวและเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักของชิ้นส่วนต่างๆ ดังนั้น การใช้แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริมแรงจึงได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในวงการวิศวกรรมสะพานและคาน