Reforço e reparação de pontes antigas em betão

Breve introdução ao projeto de reconstrução do viaduto

O viaduto Jian Xiang está localizado na intersecção do 4º anel viário norte com a Via Expressa Badaling, em Pequim. Foi concluído em 1998. A superestrutura da ponte é de 6 vãos, com vigas de betão pré-esforçado com 18 m de comprimento. A faixa de isolamento está localizada no centro e os dois lados são faixas motorizadas bidirecionais. Os dois lados exteriores são faixas não motorizadas com uma largura total de 55 m. Com o crescimento do volume urbano, a largura atual do viaduto não consegue satisfazer as necessidades de volume de tráfego. Para garantir que o 4º anel viário se torna uma via rápida urbana, é necessário alargar a ponte existente para 72 m em ambos os lados, sul e norte, reconstruir as pontes não motorizadas existentes em ambos os lados em pontes rodoviárias auxiliares e construir novas pontes não motorizadas. Atualmente, a viga principal e a viga de cobertura do pilar central da superestrutura da ponte são concebidas de acordo com a classe Super 20 para automóveis e a classe 120 para reboques. A carga da viga principal e da viga de cobertura do pilar central da superestrutura correspondente à faixa não motorizada é concebida de acordo com a classe 15 para automóveis e a classe 80 para reboques, e a carga deve ser de classe 20 para automóveis e 120 para reboques durante a reconstrução da ponte rodoviária auxiliar. Atualmente, a viga principal da ponte não motorizada foi removida e substituída, mas as vigas de cobertura do pilar central para veículos motorizados e não motorizados não foram desligadas, sendo uma estrutura contínua de betão armado comum de secção transversal variável de três vãos e uma junta.

Após repetidos cálculos e comparações, de forma a minimizar o trabalho de reforço na zona de momento fletor positivo e negativo da viga de cobertura, por um lado, foram adotadas medidas para reduzir o peso próprio da ponte, e a laje de betão foi substituída por uma laje de betão leve (peso unitário de 19 kN/m³). Por outro lado, a largura da coluna do pilar sob a cobertura do pilar central foi alargada, e os momentos fletores positivos e negativos e a força de cisalhamento da viga de cobertura foram reduzidos correspondentemente. Desta forma, a configuração atual de reforço das vigas de cobertura parcial dos veículos automóveis cumpre os requisitos de projeto, e a tensão das vigas de cobertura parcial das estradas auxiliares correspondentes (agora pontes não automóveis) é 10-15% diferente dos requisitos de projeto. Para preservar o projeto, e considerando que o tráfego do 4º Anel Rodoviário não pode ser interrompido, 20 zonas de momentos positivos e negativos das cinco fiadas de vigas de cobertura do pilar central de toda a ponte serão reforçadas e reforçadas com a aprovação dos departamentos competentes. A área total das vigas de cobertura da ponte é de 395 m².

Esquema de reforço e seleção de materiais

Esquema de reforço estrutural

O projeto original das vigas de cobertura para pilares intermédios era de vigas de cobertura invisíveis, o que trouxe grandes dificuldades aos trabalhos de reforço. O esquema de reforço de betão reforçado com fibra de aço projetado (SFRC) e chapa de aço exterior foi inicialmente proposto. Como a extremidade da viga principal está apenas a 5 cm de distância do lado exterior da viga de cobertura no vão, a viabilidade dos dois esquemas é inferior à limitação do espaço de construção. Por fim, o tecido de fibra de carbono unidirecional é selecionado para reforçar a viga de cobertura. A resistência à tracção final do CFRP é 10 vezes superior à das barras de aço comuns, e o seu módulo de elasticidade é semelhante ao das barras de aço. É adequado para o reforço de estruturas de betão armado. Além disso, a construção é simples e adequada para obras de reforço que exijam um curto período de construção.

Seleção de materiais

Nos últimos dois ou três anos, a China introduziu compósitos de fibra de carbono fabricados nos Estados Unidos e no Japão, realizou alguns projetos de reforço e obteve bons resultados, mas o elevado custo afeta a promoção e a aplicação. Recentemente, o aparecimento de séries nacionais de tecidos compostos por fibra de carbono lançou as bases para a seleção deste material de engenharia. O tecido de fibra de carbono e a resina correspondente da Horse Construction são comparados. O tecido de fibra de carbono é feito de fio importado de alta qualidade, fiável e estável em qualidade, bem como de baixo custo. O produto passou pelos rigorosos controlos de qualidade nacionais e todos os índices de desempenho atingiram o nível de produtos similares no estrangeiro.

Tecnologia de construção de tecido de fibra de carbono unidirecional

Para garantir que a barra de aço tensionada original e a fibra de carbono reforçada podem trabalhar em sincronia, a diferença de tensão e deformação entre a barra de aço original e o tecido de fibra de carbono unidirecional deve ser reduzida ao máximo. As medidas de descarga devem ser tidas em conta ao reforçar as vigas de cobertura, de modo a que o tempo de transferência das barras de reforço das vigas de cobertura originais para o tecido de fibra de carbono unidirecional possa ser adiado, as vigas de cobertura possam ser melhoradas ativamente, e as barras de reforço originais e o tecido de fibra de carbono unidirecional possam entrar no estado limite, respetivamente, quando são destruídas, e a resistência global das vigas de cobertura possa ser significativamente melhorada. As medidas de descarga para reforçar a viga de cobertura são: desmontar a viga principal com um padrão de carga original baixo, colar tecido de fibra de carbono unidirecional para a reforçar e instalar a nova viga principal de carga padrão.

A aplicação de reforço unidirecional de tecido de fibra de carbono na viga de cobertura do pilar central no projeto de reforço do viaduto de Jianxiang permitiu poupar cerca de 25 milhões de yuans, reduziu o período de construção e resolveu o problema de obras ininterruptas. Foram obtidos grandes benefícios, o que foi elogiado pelas unidades relevantes.