Gia cố cầu và đường hầm

1. Ứng dụng vật liệu FRP trong kỹ thuật cầu

1.1 Gia cố và cải tạo kết cấu cầu

Trong một số dự án cải tạo kết cấu cầu, việc sử dụng vật liệu FRP không chỉ thuận tiện cho việc thi công mà còn có hiệu quả cải thiện rõ rệt khả năng chịu lực của cầu và có khả năng chống ăn mòn cao. Thông thường, FRP hoặc tấm FRP được sử dụng để gia cố cầu, có thể linh hoạt cải thiện độ bền của cầu. Trong quá trình bảo trì và gia cố cầu thép, cần chú ý đến phản ứng điện của thép và cacbon trong kết cấu, do đó cần thực hiện các biện pháp phòng ngừa tương ứng. Khi lựa chọn vật liệu FRP, cần lưu ý rằng mô đun đàn hồi của nó phải phù hợp với yêu cầu thiết kế.

1.2 Thay vì gia cố thông thường

Trong một số môi trường ăn mòn, FRP có thể được sử dụng để thay thế các thanh cốt thép thông thường làm cốt thép gia cường, giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn của kết cấu. Ví dụ, dầm bê tông cốt thép hoặc mặt cầu có thể được gia cường bằng FRP làm cốt thép chính. Trong ứng dụng thực tế, liên kết giữa FRP và bê tông là điểm then chốt của kết cấu bê tông FRP. Sợi FRP được quấn thành các sợi nhỏ để tạo thành các sợi. Cụ thể, các yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất liên kết giữa FRP và bê tông bao gồm dạng biến dạng bề mặt của FRP, độ dày của lớp bảo vệ bê tông, cường độ bê tông, đường kính và chiều dài chôn của các cấu kiện FRP.

1.3 Cáp dự ứng lực cho kết cấu bê tông dự ứng lực

Ứng suất trước trên FRP không chỉ có thể phát huy tối đa các đặc tính vật liệu của FRP mà còn cải thiện hiệu quả khả năng chống nứt và độ cứng của dầm bê tông FRP. Trên thực tế, có hai loại dầm và thanh ứng suất trước in vivo và in vitro. Nếu tiết diện kết cấu bê tông không dễ bố trí quá nhiều thanh ứng suất trước in vivo, hoặc nếu cần gia cố bằng thanh FRP, có thể sử dụng công nghệ ứng suất trước ngoài. Tuy nhiên, trên thực tế, ứng dụng chính vẫn là ứng dụng của gân ứng suất trước.

1.4. Lực tác dụng lên cầu cáp

Cáp chính, cáp văng và dây treo của một số cầu cáp treo thường được đặt bên ngoài dầm. Loại kết cấu này chịu ứng suất cao trong thời gian dài, do đó sẽ xảy ra hiện tượng ăn mòn ứng suất. Độ bền của cáp có thể được cải thiện trong thời gian ngắn bằng các biện pháp truyền thống, nhưng các triệu chứng sẽ không thể khắc phục hoàn toàn. Vật liệu FRP, nhờ độ bền và khả năng chống mỏi tốt, có thể giải quyết cơ bản vấn đề này. Ngoài ra, do độ bền cao của vật liệu FRP, có thể được sử dụng làm cáp chính hoặc cáp treo của cầu cáp treo, giúp cải thiện hiệu quả khả năng chịu lực và sức chịu nhịp của cầu.

2. Ứng dụng FRP trong kỹ thuật đường hầm

Trong kỹ thuật đường hầm, ứng dụng của FRP chủ yếu ở các khía cạnh sau:

Trước hết, lưới FRP không chỉ có độ bền cao mà còn nhẹ, cường độ cao, dễ thi công và hiệu quả tốt. Lưới FRP đã được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật gia cố đường hầm và kết cấu mới. Khi kết hợp với neo, lưới FRP có thể đóng vai trò tốt hơn trong việc kiểm soát biến dạng đá xung quanh.

Thứ hai, FRP được sử dụng làm thanh chịu lực cho kết cấu hầm. Trong kỹ thuật hầm, bất kể phương pháp thiết kế nào được áp dụng, kết cấu chính của hầm chắc chắn sẽ nằm trong môi trường đá xung quanh, với điều kiện môi trường rất khắc nghiệt, và các vấn đề ăn mòn cũng rất nổi bật. Trong bối cảnh này, nếu sử dụng vật liệu FRP làm cốt thép kết cấu chính, nhờ khả năng chống ăn mòn tốt, nó có thể giải quyết tốt hơn vấn đề này. Tuy nhiên, cũng có một số vấn đề, do mô đun đàn hồi của FRP không cao, nên các cấu kiện bê tông FRP có thể xảy ra biến dạng hoặc nứt. Hơn nữa, không thể chế tạo móc hoặc khuôn FRP tại công trường, do đó quá trình thi công tương đối bất tiện.

Cuối cùng, về ứng dụng hiệu suất cảm biến FRP, FRP không chỉ có các đặc tính cơ học tốt mà còn có hiệu suất cảm biến vật liệu chức năng tương ứng, do đó có thể được sử dụng không chỉ cho mục đích gia cố kết cấu mà còn như một cảm biến. Ví dụ, trong quá trình biến dạng lực, sức cản của thanh CFRP sẽ thay đổi, phản ánh các đặc tính cảm quan của nó. Nếu đặc tính này của vật liệu FRP được khai thác triệt để trong việc phát hiện và giám sát chức năng kết cấu đường hầm, không chỉ có thể phản ánh chính xác ứng suất thực tế của kết cấu mà còn có thể tránh được sự bất tiện của việc điều khiển nhân tạo trong giai đoạn sau.