การเสริมความแข็งแรงสะพานคอนกรีต

ภาพรวมโครงการ

สะพานข้ามแม่น้ำเป่ยชวน CYTS เป็นสะพานทางหลวงข้ามแม่น้ำ มีความยาวรวม 100.84 เมตร เป็นสะพานคานสำเร็จรูปขนาด 5x20 เมตร มีช่วงสะพานที่คำนวณไว้ 19.5 เมตร พื้นสะพานมีความกว้างสุทธิ 7 ฟุต และทางเท้ามีขนาด 2x2.5 เมตร น้ำหนักบรรทุกที่ออกแบบของสะพานคือ 1 คัน 20, น้ำหนักบรรทุกที่บรรทุกรถพ่วง 1,100 และน้ำหนักบรรทุกฝูงชน 3.5 กิโลนิวตัน/เมตร จากรูปที่ 1 จะเห็นได้ว่าสะพานมีบานพับยึดด้วยแผ่นด้านข้าง 2 แผ่น และแผ่นกลาง 7 แผ่น ขนาดของแผ่นกลางและแผ่นด้านข้างแสดงในรูปที่ 2 และรูปที่ 3 สะพานเป็นทางเดินเชื่อมต่อระหว่างที่พักอาศัยเก่าและใหม่ เพื่อคงสภาพความเป็นอยู่ตามปกติของผู้อยู่อาศัยในที่พักอาศัยใหม่ จึงมีการตัดสินใจวางท่อตามแนวคานด้านข้างสะพานทั้งสองด้านของเหล็กช่องเพื่อเข้าสู่พื้นที่อยู่อาศัย ภาระที่แต่ละด้านของท่อถูกทำให้เรียบง่ายขึ้นโดยการคำนวณให้ภาระคงที่ q = 6kN/m จำเป็นต้องคำนวณว่าการใช้งานสะพานอย่างปลอดภัยและปกติจะเป็นไปตามข้อกำหนดหรือไม่หลังจากเพิ่มภาระ หากไม่เป็นไปตามข้อกำหนด จะดำเนินการออกแบบเสริมเหล็ก

การตรวจสอบความแข็งแรงของส่วน

โมเมนต์ดัดช่วงกลางของการออกแบบควบคุมคำนวณได้จากการคำนวณ = 2394 kN·m หากไม่คำนึงถึงอิทธิพลของเหล็กเส้นโครงสร้าง เมื่อพิจารณาว่าสะพานได้ก่อสร้างและใช้งานมาระยะหนึ่งแล้ว ให้ใช้ปัจจัยลดกำลังรับน้ำหนักของคาน = 0.8 กำลังรับน้ำหนักของส่วนโค้งที่คำนวณได้ของชิ้นส่วนดัด Mj = 2303 kN·m น้อยกว่า Mu2394 kN·m จากการคำนวณจะเห็นได้ว่ากำลังรับน้ำหนักของส่วนหน้าของคานคอนกรีตของสะพานไม่สามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานตามปกติและปลอดภัยได้ จึงควรเพิ่มกำลังรับน้ำหนักของคานคอนกรีตให้แข็งแกร่งขึ้น

ตามความต้องการของเจ้าของและเงื่อนไขสถานที่ จึงมีการตัดสินใจใช้ CFRP เพื่อการเสริมแรง

การออกแบบเสริมแรง CFRP

สะพานได้รับการเสริมแรงด้วยผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ Horse และกาวโครงสร้าง กล่าวคือ มีการติดชั้น CFRP ที่ด้านล่างของคานคอนกรีตเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักดัด และเพิ่มจุดยึดรูปตัว U ที่จุดรองรับทั้งสองจุดและที่ส่วนหน้าตัดกลาง หลังจากคำนวณแล้ว พื้นที่เสริมแรง Af = 1054 มม.2 บนหน้าตัด และความสามารถในการรับน้ำหนักหน้าตัดของชิ้นส่วนเสริมแรง Mj = 3060kN·m > Mu = 2394kN·m

ผลการเสริมแรงของ CFRP

สะพานได้รับการเสริมกำลังอย่างเข้มงวดตามเทคโนโลยีการก่อสร้างคานคอนกรีตเสริมเหล็ก CFRP หลังจากการก่อสร้างเสริมกำลังเสร็จสิ้น สะพานได้รับการทดสอบและพบว่าความสามารถในการรับน้ำหนักของส่วนสะพานดีขึ้นอย่างมาก สภาวะแรงดึงดีขึ้น รอยแตกร้าวคอนกรีตในบริเวณรับแรงดึงลดลงหรือแม้กระทั่งปิดสนิท และเพิ่มเสถียรภาพและความทนทานโดยรวมของตัวคาน ปัจจุบันสะพานอยู่ในสภาพดี ไม่พบการลอกหรือการลอกของผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ หรือแม้แต่ปัญหาด้านความปลอดภัยในการขับขี่