Reforço de Vigas

1. Visão geral do projeto

Um edifício comercial abrangente no Condado de Qijiang, na cidade de Chongqing, foi concluído em 1999. Foram encontrados os seguintes problemas durante a inspeção de qualidade em agosto de 2007:

(1) Algumas vigas da estrutura apresentam fissuras evidentes a meio do vão, com nervuras expostas e corrosão grave, provocando riscos de segurança:

(2) A resistência do betão do projeto original é C30, e a resistência do betão medida está entre C20 e C30.

O projeto deve-se à baixa qualidade da construção, que afetou a resistência dos componentes. No entanto, o edifício de escritórios pode ainda ser utilizado após o reforço das vigas da estrutura.

2. Análise de desempenho da chapa de fibra de carbono e determinação do plano de reforço

2.1. Vantagens de desempenho da chapa de fibra de carbono

(1) Leve e de alta resistência. Leve, basicamente não aumenta o peso da estrutura reforçada. Alta resistência, a sua resistência à tracção é cerca de 10 vezes superior à do aço. Sobretudo o modelo de fibra de carbono de alta elasticidade, cuja resistência à tracção é 68 vezes superior à do aço e o seu módulo de elasticidade é 2,0 a 2,6 vezes superior ao do aço.

(2) Elevada durabilidade. O seu desempenho mantém-se inalterado a altas temperaturas de 600 a 3°C e mantém-se flexível a baixas temperaturas de 0°C em liga de alumínio; não corrói com ácidos, álcalis e sais em ambientes agressivos.

(3) Boa construção. Como a folha de fibra de carbono é leve, dobrável e flexível, podem ser utilizados diferentes formatos de componentes, e a moldagem é muito conveniente, podendo colar várias camadas de acordo com a força aplicada.

(4) O coeficiente de dilatação térmica é pequeno. O coeficiente de dilatação térmica do material de fibra de carbono é muito pequeno, e o seu coeficiente de dilatação térmica na direção da fibra é quase nulo. Esta característica é incomparável a qualquer outro material atualmente. Embora o coeficiente de expansão térmica perpendicular à direção da fibra seja relativamente grande, o produto isotrópico é o mais baixo em comparação com outros materiais.

2.2. O plano de reforço deste projeto é determinado

De acordo com os requisitos tecnológicos de vários métodos de reforço normalmente utilizados e as condições específicas do projeto, para além da consideração abrangente dos fatores económicos, é adotado o método de eliminação para determinar o plano de reforço final.

Em primeiro lugar, como o edifício é principalmente para uso de escritórios, a altura do piso é baixa, então, o método de superfície alargada irá reduzir ainda mais o espaço utilizado, o que não está de acordo com a situação real do projeto, pelo que o primeiro é excluído.

O segundo método é o reforço de aço de colagem, comummente utilizado. É necessário utilizar parafusos de expansão de borracha para fechar a chapa de aço e a superfície da viga de betão a uma certa distância ao longo da direção longitudinal da chapa de aço. Isto requer a perfuração de um grande número de furos na superfície da viga de betão. Como o edifício comercial completo se encontra perto do lar de idosos no Condado de Qijiang, o ruído da perfuração terá inevitavelmente um impacto sério nos residentes circundantes. Portanto, o método de reforço de aço de colagem também é descartado.

Em terceiro lugar, o método de reforço pré-esforçado também é excluído devido aos seus elevados requisitos para equipamentos de construção, construção trabalhosa no local e custo relativamente elevado.

3. Projeto de reforço de chapa de fibra de carbono

3.1A ideologia base que orienta o projeto de reforço deste projeto é a fissuração da camada protetora de betão de parte das vigas da estrutura do edifício de escritórios, provocando uma corrosão severa das barras de aço, reduzindo a área da secção transversal das barras de aço, a resistência das barras de aço e a resistência de ligação entre as barras de aço e o betão. No caso do reforço de fibra de carbono, o número de folhas longitudinais de fibra de carbono deve ser calculado de acordo com o grau de corrosão estrutural para melhorar a resistência à flexão: calcular o número de folhas transversais de fibra de carbono para melhorar a resistência ao cisalhamento.

3.2. Comprimento de ancoragem

Existe um comprimento de ancoragem efetivo para o desempenho de ligação entre a chapa de PRFC e o betão em termos de distribuição variável ou distribuição de tensões. Pode-se observar no gráfico da distância entre a deformação e a fissura que, exceto pela diferença do valor numérico, a forma da curva é muito semelhante, indicando que a deformação e a tensão na chapa de fibra de carbono estão a desenvolver-se de forma constante. Ao mesmo tempo, a deformação e a tensão de ligação variam significativamente dentro de 50 mm da fissura, o que pode explicar o comprimento de ligação e ancoragem da chapa de fibra de carbono ser de cerca de 100 mm.

A largura da viga de estrutura e da viga secundária deste projeto é de 250 mm. Substituindo os parâmetros relevantes na fórmula acima, calcula-se que duas camadas de chapas de fibra de carbono com 200 mm de largura e 0,111 mm de espessura necessitam de ser coladas ao longo da base da viga. A parte superior da viga é colada com duas camadas de chapas de fibra de carbono com 200 mm de largura e 0,111 mm de espessura em 1/3 do vão da viga, e é utilizado um cordão longitudinal de chapa de fibra de carbono com 100 mm de largura para ancoragem.