Apacitando vigas do guindaste

Desde a década de 1980, a tecnologia de reparo de concreto de tecido de fibra de carbono, como um método avançado de reparo estrutural com alta eficiência e baixo custo, foi atribuído grande importância e amplamente estudada e aplicada em engenharia civil. Atualmente, a tecnologia de concreto armado de fibra é relativamente maduro. No entanto, devido à diferença essencial entre as propriedades do aço e do concreto, a tecnologia de fortalecimento da estrutura de aço e do concreto é muito diferente. O modo de falha da estrutura de aço fortalecido pelo CFRP é principalmente falha na interface. Atualmente, a pesquisa sobre a estrutura de aço de fortalecimento de tecido de fibra de carbono ainda está no estágio exploratório preliminar em casa e no exterior, e a aplicação real na engenharia não foi realizada em larga escala.

Características das vigas de grua reforçadas com tecido de fibra de carbono

Nas instalações industriais, a operação normal da viga do guindaste tem um impacto direto na produção normal, especialmente para as plantas siderúrgicas, a tonelagem do guindaste é geralmente grande ou mesmo sobrecarregada, e a operação frequente, fazendo com que ocorram danos na viga do guindaste e fenómenos de fissuração de tempos a tempos. A falha do sistema de vigas do guindaste de estrutura de aço em instalações industriais é causada principalmente por fadiga, e a maioria das vigas do guindaste é destruída antes de atingir a vida útil do projeto devido à elevada temperatura interior e outros fatores. O método tradicional de reforço tem um certo efeito de reforço, como a soldadura de chapa de aço ou aço de secção. Mas, ao mesmo tempo, também aumenta o peso da viga do guindaste e a diminuição da taxa de utilização do espaço, resultando na redistribuição de tensão e rigidez, geralmente causando concentração de tensão na costura de solda, fissuras de fadiga sob a ação da carga de fadiga, resultando em danos secundários de fadiga da viga de aço do guindaste. Uma vez que o CFRP possui uma elevada resistência à tracção, uma forte conformabilidade (como uma boa ligação com elementos de aço nos cantos da estrutura de aço), uma boa resistência à corrosão e resistência à fadiga, o efeito de reforço da viga de aço para grua é muito superior ao dos métodos tradicionais. São adotados diferentes métodos de reforço de acordo com diferentes condições, como a colagem de CFRP na superfície de tração do componente, que pode melhorar a capacidade de flexão do componente. Na parte de fadiga da estrutura de aço, a vida útil residual à fadiga pode ser melhorada através da colagem de tecido de fibra de carbono. O efeito tecnológico do reforço de elementos de aço com tecido de fibra de carbono é notável e tornou-se um tema de investigação em alta entre especialistas e académicos.

Análise e medidas de dificuldades de engenharia

Falta de especificações standard

Dada a aplicação limitada da tecnologia de estruturas de aço reforçadas com fibra de carbono na engenharia prática, não existem normas e especificações prontas a seguir. Trata-se de uma nova tecnologia para unir tecidos de fibra de carbono para reforçar e reparar estruturas de aço. É muito diferente do tecido de fibra de carbono para reforçar o betão. São diferentes no modo de ligação, na interface de falha e no modo. Assim sendo, no decorrer do projeto, combinando a experiência anterior em engenharia, adotando os processos de teste de bordo, validação de bordo, otimização de bordo e construção de bordo, o esquema de projeto de reforço ideal é projetado de acordo com a seleção do material, desempenho de ligação, desempenho do processo, teste de desempenho de fadiga de juntas cruciformes, teste de modelo de viga de grua, cálculo e análise estrutural.

Ambiente de engenharia deficiente

Nos edifícios industriais com estrutura de aço, a viga de aço da grua é uma parte muito importante, e o seu ambiente é complexo. Por exemplo, numa siderurgia, se a paragem da armadura causar graves prejuízos económicos, durante o funcionamento normal da central de reforço da construção, existem temperaturas elevadas e poeiras no ambiente de trabalho da estrutura, o que torna o ambiente de construção fraco, o que põe à prova a resistência física e a resistência dos trabalhadores. Além disso, a temperatura ambiente da oficina siderúrgica é muito elevada, e o tempo de colagem e a temperatura de trabalho dos materiais de colagem anteriores não cumprem os requisitos. No que diz respeito à seleção de materiais, Ma Mingshan, do Instituto de Investigação Metalúrgica e Arquitetónica da China, concluiu 11 lotes de 200 grupos de testes de desempenho de materiais. As propriedades mecânicas de diversos materiais de colagem, as propriedades de tração e cisalhamento do aço ao aço, as propriedades normais de colagem à tração do aço ao tecido de fibra de carbono, as propriedades de fadiga, a molhabilidade, o tempo de cura, a perturbação externa e as propriedades de sobreposição do aço ao tecido foram investigadas sistematicamente. Por fim, são selecionados o material de ligação e o tecido de fibra de carbono adequados para reforçar a estrutura de aço da oficina industrial.

Curto período de construção

Considerando a particularidade do projeto de reforço de vigas de aço para gruas em edifícios industriais com PRFC, o período de construção é curto e uma paragem de um dia causará enormes perdas económicas. Por conseguinte, representa um grande desafio para a tecnologia de construção e para a coordenação de pessoal. Assim, sugere-se a adoção de ligantes de secagem rápida e tecnologia de construção correspondente na construção do reforço, o que pode reduzir significativamente o tempo de paragem.

Inspeção e aceitação da construção

Inspeção de materiais

Para tecidos de fibra de carbono, adesivos estruturais e outros materiais de reforço, é necessário entrar em campo uma vez, de acordo com a dosagem do projeto. Ao entrar no local, o certificado de qualificação do produto, o relatório de inspeção da qualidade do produto e a integridade da embalagem devem ser inspecionados em conjunto com a unidade de supervisão. Ao mesmo tempo, devemos acompanhar a inspeção por amostragem para verificar o desempenho de segurança dos produtos.

Inspeção e controlo de qualidade do processo

Quando a estrutura de aço é reforçada e reparada com tecido de fibra de carbono e materiais de ligação de resina correspondentes, a construção do processo seguinte só pode ser realizada após a aprovação do processo anterior na inspeção. Quando a qualidade da construção não cumpre os requisitos, devem ser tomadas imediatamente medidas corretivas ou retrabalho. Durante a construção, o pessoal especializado deve ser responsável pela inspeção da qualidade e pelos registos detalhados.

Desvio dimensional e inspeção da qualidade da ligação

Ao reforçar a viga da grua de estrutura de aço com chapa de CFRP, é necessário colar e reforçar a viga estritamente de acordo com as dimensões do projeto, e o desvio relativo da posição de colagem deve ser inferior a 10 mm. A área efetiva total não deve ser inferior a 95% da área total de colagem. Se a área de uma única cavidade for inferior a 2500 mm², recomenda-se a utilização de uma seringa de agulha para reparar a parte oca. Se a área de um único tambor vazio for superior a 2500 mm², a rede de fibra de carbono do tambor vazio deve ser cortada e a rede de fibra de carbono deve ser sobreposta e colada com a mesma quantidade de rede de fibra de carbono. Ao colar novamente, o comprimento da sobreposição de cada extremidade não deve ser inferior a 200 mm.

Epílogo

Como um novo tipo de método de reforço, a estrutura de aço reforçada com tecido de fibra de carbono (CFRP) será amplamente utilizada no campo das estruturas de aço com a melhoria das especificações padrão e da tecnologia de construção.