Cobertura do pilar da ponte com reforço de envoltório em fibra d

1. Levantamento de engenharia

1.1 Levantamento de pontes

Uma ponte é uma ponte sobre a linha principal de uma auto-estrada. A superestrutura da ponte é uma viga caixão contínua de betão pré-esforçado de 3 x 25 m. A subestrutura é composta por pilares e fundação por estacas. O comprimento total da ponte é de 82 m.

1.2 Parâmetros relativos à viga de cobertura

A viga de cobertura do cais tem 1,5 m de altura, 1,8 m de largura e 11,393 m de comprimento. Um total de 36 barras de 28 mm HRB335 foram instaladas no bordo inferior da viga de cobertura. A resistência do betão era de C 35 e a espessura da camada de betão protetora era de 6 cm.

1.3 condição de defeito da viga de cobertura

Durante a construção das vigas de cobertura do pilar, a disposição e o projeto das barras de aço tensionadas não se conformam, e parte das barras de aço tensionadas desloca-se para cima, o que faz com que a distância entre as barras de aço tensionadas e o eixo neutro seja menor e a capacidade de suporte da estrutura diminua.

2. Ideias de reforço

Devido a um erro de construção, o reforço principal da aresta inferior da viga de cobertura desloca-se para cima, e a capacidade de flexão da aresta inferior da viga de cobertura é insuficiente. Como a ponte não foi aberta ao tráfego, pode ser considerada a colagem de chapa de aço e envoltório de fibra de carbono na borda inferior da viga de cobertura para reforço de flexão. É necessário perfurar furos e fazer parafusos nas vigas de cobertura para fixar as placas de aço. Os danos no betão e nas barras de aço das vigas de cobertura originais são graves. A superfície exposta das placas de aço deve ser tratada regularmente após a construção das placas de aço adesivas. A colagem do invólucro de fibra de carbono para reforçar a estrutura da viga de cobertura original não causa danos, a construção é simples e rápida. Após a comparação dos dois métodos de reforço: colagem de chapa de aço e envoltório de fibra de carbono, escolhemos o método de reforço: colagem de envoltório de fibra de carbono.

3 Análise estrutural

Secção transversal da viga de cobertura: b*h=1800mm*1500mm.

fsd=280Mpa,fcd=161Mpa

No cálculo, considera-se que a capacidade de suporte da viga de cobertura do pilar do projeto original cumpre os requisitos, e o reforço é apenas um suplemento parcial para reduzir a capacidade de suporte da viga de cobertura causada por erros de construção.

De acordo com a teoria básica de projeto estrutural, calcula-se a capacidade de suporte de momento fletor da viga de cobertura do projeto original e da viga de cobertura concluída na construção. A diferença entre os dois valores é o valor do momento fletor, que necessita de ser reforçado com a colagem de uma manta de CFRP. A área da secção transversal da manta de fibra de carbono pode ser obtida pela fórmula básica da mecânica dos materiais.

3.1 cálculo da capacidade de suporte de momento da viga de cobertura no projeto original

3.1.1 calcular altura da zona de pressão:x

x=(fsd*As)/(fcd*b)=(280 ×36 ×615．8)／(16．1 ×1 8001 =2 14．2 m m <sbh0(=0．56 ×1 392．6=779．9 m m ).

Não ocorrerá viga excessivamente reforçada.

3.1.2 Capacidade de suporte de momento fletor da viga de cobertura no projeto original

Capacidade de momento fletor da viga de cobertura no projeto original:

Mu=fsd*As(h0*x/2)=280 ×36 ×6 15．8 (1 500 ×f60+31．6 ×1．5)-214．2／2]=7 979 kN.m．

3.2 cálculo da capacidade de suporte de momento da viga de cobertura real no vão médio

3.2.1 calcular a altura da zona de pressão: x'

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)

x=291.8mm

3.2.2 Capacidade de suporte de momento da viga de cobertura real no vão médio

Capacidade de suporte de momento da viga de cobertura real no vão médio: M_u^'₌f_sd*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

O Mu' real é menor que o Mu projectado. Mu-Mu'=7 979-7 l10 =869 k N ·m ．

3.3 Cálculo da área da pasta de envolvimento em CFRP

3.3 Cálculo da área da pasta de envolvimento em CFRP: Ao colocar a camada de fibra de carbono no bordo inferior da viga de cobertura, a capacidade de suporte do momento fletor devido a fatores construtivos é compensada. A largura b da camada de fibra de carbono é de 20 cm, o módulo de elasticidade Ef é de 2,4 x 105 M Pa e a espessura da camada única de fibra de carbono é de 0,167 mm.

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

Envoltório de fibra de carbono 3.4 para reforço de cais

A) o invólucro de CFRP deve ser em bandas e não deve ter mais de 3 camadas.

B) O comprimento da sobreposição do CFRP ao longo da direção da força da fibra não deve ser inferior a 100 mm. Quando são utilizadas camadas múltiplas ou multicamadas de CFRP, as posições de sobreposição devem ser escalonadas.

C) Quando o PRFC é utilizado para contornar o chanfro exterior do elemento (secção), o bordo da secção do elemento deve ser polido até formar uma superfície circular antes da colagem. O raio do arco não deve ser inferior a 20 mm.

D) Ao reforçar com CFRP multicamadas, o invólucro de CFRP deve ser cortado camada a camada, e a tira de compressão mais exterior no ponto de corte de cada camada deve ser utilizada, e o modo de colagem deve ser curto por dentro e longo por fora.

Quando a viga da tampa da ponte é reforçada, três camadas de envoltório de fibra de carbono com uma largura de 20 mm são coladas na borda inferior da viga da tampa e nove camadas são dispostas transversalmente, pelo que a área da secção transversal do envoltório de fibra de carbono é de 901,8 m > A f: 764,05 m, o que cumpre os requisitos.

Resumo

A introdução acima demonstra que a colagem de invólucro em CFRP pode compensar o problema da capacidade de flexão insuficiente das vigas de cobertura do pilar, causado por um reforço insuficiente, mesmo sem danos na estrutura original. É também útil para melhorar a capacidade de suporte de outros elementos de flexão, como vigas de betão armado. É de notar que a colagem de CFRP tem requisitos rigorosos quanto às condições e técnicas de construção. Para garantir a qualidade da construção, é necessário que a obra seja realizada por profissionais com uma sólida experiência na construção, e em cada etapa da construção, em estrita conformidade com os requisitos das especificações de controlo de qualidade.