Visão geral

O envelhecimento e a destruição de pontes é um problema mundial. Os principais fatores do envelhecimento são: idade, transporte e impacto ambiental (água de chuva, sal de água derretida, etc.), entre os quais a carga cíclica de caminhões pesados é o fator chave.O carregamento repetido de veículos causará falha de fadiga no convés da ponte.O uso de polímero reforçado com fibra de carbono (CFRR) para reforçar pontes de envelhecimento tornou-se popular.CFRP tem muitas vantagens: tem uma elevada relação " resistência ao peso, resistência à corrosão forte e resistência à fadiga, construção simples e baixo custo.

Nos últimos dez anos, devido ao surgimento de grandes veículos e ao aumento do tráfego, o problema da fadiga das pontes rodoviárias começou a se tornar proeminente. Existem poucos estudos sobre o problema da fadiga das pontes rodoviárias em nosso país, e ainda menos sobre a fadiga após o reforço da CFRP.No passado, o reforço do CFRP estava principalmente na área do momento fletor positivo, e havia muito pouca armadura na área do momento fletor negativo.Entalhando na camada protetora de concreto da área de momento de flexão negativa, em seguida, incorporando lâminas de fibra de carbono, e colagem com resina epóxi, a armadura da área de momento de flexão negativa é concluída. Aqui, cargas estáticas e de fadiga são aplicadas aos elementos da ponte reforçada, e a capacidade de rolamento e o desempenho de fadiga antes e depois da armadura são comparados e analisados.

A resistência à fadiga de barras de concreto reforçadas com CFRP foi muito melhorada.A resistência à fadiga da própria CFRP está relacionada à sua composição, que é determinada pelo seu material matricial e pelas fibras de reforço. Fibra de carbono tem boa resistência à fadiga. Portanto, quando é utilizado para reforçar os elementos de concreto, não causará danos à fadiga por si só.No entanto, à medida que a carga de fadiga aumenta, a estrutura acumula danos e, eventualmente, causa falha de fadiga.O envelhecimento da interface de contato entre CFRP e concreto também afetará o desempenho da fadiga do sistema de armadura.A magnitude da mudança de estresse afeta muito a vida de fadiga do componente. Componentes não reforçados reduzirão o estresse das barras de aço, e o modo de falha é CFRP descascando..

Ensaio

O método de ensaio para observar o efeito de reforço divide-se em três casos:

(1) O convés da ponte cantilever é destruído sob carga estática para testar a capacidade de rolamento da estrutura;

(2) O convés da ponte de cantilever suporta 360.000 cargas de fadiga e observa a resistência à fadiga da estrutura;

(3) Aplicar carga estática e carga cíclica, respectivamente, nas duas áreas consecutivas de momento fletor negativo até a falha, e observar o efeito da armadura com o método incorporado.

Material

O concreto 28d tem uma resistência de 26MPa, uma resistência à tração de 1.9MPa, e um módulo de elasticidade de 33GPa.A resistência de escoamento da barra de aço é de 350MPa e o módulo elástico é de 206GPa.CFRP material composto é fibra de carbono reforçado resina epóxi, que é um slat acabado pré-fabricado pela fábrica.A resistência à tração do CFRP é 2664MPa, o módulo elástico é 188GPa, e o alongamento final é 1.42%.A resistência à compressão do adesivo de resina epóxi é 79MPa, a resistência à tração é 37MPa, o molde elástico é 5.8GPa, e o coeficiente de expansão linear é 38X10^-6.

Especime

O CFRP incorporado é usado para armadura na área de momento fletor negativo.Um é um convés de ponte cantilever, e o outro é um feixe contínuo.A camada protetora de concreto é de 30-40mm, e a área de momento de flexão negativa é incorporada com uma tira CFRP de uma única camada para reforço. Primeira ranhura na camada protetora de concreto com uma largura de 10cm e uma profundidade de 0.5cm.Preencha o sulco com uma parte da resina epóxi, insira a tira CFRP e, em seguida, encha-a com resina epóxi para alisá-la.O tamanho transversal da tira CFRP é de 5cm×0.12cm.

Procedimento experimental

Para os membros não reforçados, o momento de rachar é 20.6 kN·m; o momento de flexão final de membros não reforçados é 66.8 kN·m, e o membro reforçado é 112.5 kNm. Além disso, como a área do momento fletor negativo é incorporada com CFRP, o valor máximo do momento fletor é reduzido, a tensão é redistribuída, e as fissuras são mais dispersas e mais uniformes. Quando o componente não é reforçado, quando a carga de fadiga atinge apenas 6000 ciclos, o acúmulo de danos aumenta rapidamente e a deflexão aumenta. Após o uso da armadura CFRP, o acúmulo de danos torna-se lento, conhecendo 240.000 ciclos. Isso significa que a armadura de momento de flexão negativa aumenta a vida útil da estrutura.

Resumo e conclusão

Atualmente, a maior parte do reforço de pontes antigas é voltada para o momento de flexão positiva e é colada com tecido de fibra de carbono.O método de fundo do feixe é muito popular, mas muitas vezes é impotente para fortalecer o momento de flexão negativa.É um método muito simples e muito eficaz para usar o método de incorporação de placa de carbono para fortalecer na área de momento de flexão negativa.As conclusões são as seguintes através da observação experimental:

(1) Após a área de momento de flexão negativa da placa de cantilever é reforçada com placa de fibra de carbono incorporada, a resistência de flexão final é aumentada em 68.4%.As fissuras negativas do momento fletor acima do fulcro são pequenas e uniformes. Estes são os créditos da placa de fibra de carbono.

(2) Quando a área de momento de flexão negativa da placa de cantilever não é reforçada, sob a ação da carga de fadiga, o dano do componente se acumula rapidamente, e rapidamente atinge o limite de fadiga e falha. Após o reforço pelo método de incorporação, a taxa de acumulação de danos diminuiu muito.A própria placa de fibra de carbono incorporada não tem sinais óbvios de danos, tem controlado efetivamente a distribuição e o desenvolvimento de fissuras.A vida de fadiga da estrutura reforçada pode ser aumentada em 25%.

(3) Depois que o feixe contínuo é reforçado pelo momento de flexão negativa, o acúmulo de danos torna-se muito lento sob a ação da carga de fadiga, e sua vida de fadiga é mais de 10 vezes a do feixe não reforçado.

(4) A falha de fadiga da quantidade não reforçada é que as barras de aço são primeiro quebradas, e as vigas reforçadas são abertas pela primeira vez pela CFRP, o que efetivamente reduz a tensão das barras de aço.