Gia cố và sửa chữa cầu bê tông cũ

Giới thiệu tóm tắt về thiết kế dự án cải tạo cầu vượt

Cầu vượt Jian Xiang nằm tại giao lộ của đường vành đai bốn phía bắc và đường cao tốc Badaling ở Bắc Kinh. Cầu được hoàn thành vào năm 1998. Phần kết cấu thượng tầng của cầu là 6 nhịp, dầm bê tông cốt thép dự ứng lực L = 18m. Đai cách ly nằm ở giữa và hai bên là làn xe cơ giới hai chiều. Hai bên ngoài là làn xe thô sơ với chiều rộng đầy đủ là 55m. Với sự phát triển của khối lượng đô thị, chiều rộng hiện tại của cầu vượt không thể đáp ứng được nhu cầu lưu lượng giao thông. Để đảm bảo đường vành đai 4 trở thành đường cao tốc đô thị, cần phải mở rộng cầu hiện có lên 72m ở cả hai phía Nam và Bắc, cải tạo các cầu không có động cơ hiện có ở cả hai bên thành cầu đường phụ và xây dựng cầu không có động cơ mới. Hiện tại, dầm chính và dầm mũ trụ giữa của phần kết cấu thượng tầng của cầu được thiết kế theo cấp ô tô - Super 20 và Rơ moóc - cấp 120. Tải trọng dầm chính và dầm mũ trụ giữa của kết cấu phần trên tương ứng với làn xe thô sơ được thiết kế theo cấp ô tô 15 và cấp rơ moóc 80, và tải trọng yêu cầu đạt cấp ô tô 20 và cấp rơ moóc 120 khi cầu đường bộ phụ được xây dựng lại. Hiện tại, dầm chính của cầu dành cho xe thô sơ đã được tháo dỡ và thay thế, nhưng dầm mũ trụ giữa của xe thô sơ và xe thô sơ vẫn chưa được tháo rời, đây là kết cấu bê tông cốt thép thông thường liên tục, tiết diện thay đổi ba nhịp một mối nối.

Sau nhiều lần tính toán và so sánh, để giảm thiểu công việc gia cố trong khu vực mô men uốn dương và âm của dầm mũ, một mặt, các biện pháp giảm trọng lượng chết của cầu được áp dụng và bản bê tông được chuyển thành bản bê tông nhẹ (trọng lượng đơn vị là 19KN/m3). Mặt khác, chiều rộng của cột trụ dưới nắp trụ giữa sẽ được mở rộng và mô men uốn dương và âm và lực cắt của dầm mũ sẽ giảm tương ứng. Theo cách này, cấu hình gia cố hiện tại của dầm mũ một phần của xe cơ giới có thể đáp ứng các yêu cầu thiết kế và ứng suất của dầm mũ một phần của các đường phụ tương ứng (nay là cầu không dành cho xe cơ giới) khác 10-15% so với yêu cầu thiết kế. Để cứu dự án và theo tình hình giao thông của Đường vành đai 4 không được phép gián đoạn, 20 vùng mô men dương và âm của năm hàng dầm mũ trụ giữa của toàn bộ cầu đã được gia cố và gia cường với sự chấp thuận của các ban ngành liên quan. Diện tích toàn bộ dầm mũ cầu là 395m2.

Sơ đồ gia cố và lựa chọn vật liệu

Sơ đồ gia cố kết cấu

Thiết kế ban đầu của dầm che cho trụ giữa là dầm che vô hình, gây ra nhiều khó khăn cho công tác gia cố. Phương án gia cố bằng bê tông cốt sợi thép phun (SFRC) và tấm thép ngoài lần đầu tiên được đề xuất. Do đầu dầm chính chỉ cách mặt ngoài của dầm mũ 5 cm tại nhịp nên tính khả thi của hai phương án này thấp hơn so với giới hạn không gian thi công. Cuối cùng, vải sợi carbon một chiều được chọn để gia cố dầm mũ. Độ bền kéo cực đại của CFRP cao gấp 10 lần so với thanh thép thông thường và mô đun đàn hồi của nó tương tự như thanh thép. Nó phù hợp để gia cố các kết cấu bê tông cốt thép. Bên cạnh đó, kết cấu đơn giản và phù hợp với các công trình gia cố yêu cầu thời gian thi công ngắn.

Lựa chọn vật liệu

Trong hai hoặc ba năm qua, Trung Quốc đã giới thiệu vật liệu composite sợi carbon sản xuất tại Hoa Kỳ và Nhật Bản, đồng thời thực hiện một số dự án và đạt được kết quả tốt, nhưng chi phí cao đã ảnh hưởng đến việc quảng bá và ứng dụng. Gần đây, sự xuất hiện của loạt vải composite sợi carbon trong nước đã đặt nền móng cho việc lựa chọn vật liệu kỹ thuật này. Vải sợi carbon và nhựa phù hợp của Horse Construction được so sánh. Vải sợi carbon được làm từ dây thép chất lượng cao nhập khẩu, có chất lượng đáng tin cậy và ổn định, giá thành thấp. Sản phẩm đã vượt qua sự kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt của cơ quan kiểm định chất lượng quốc gia, và tất cả các chỉ số hiệu suất đều đạt đến trình độ của các sản phẩm tương tự ở nước ngoài.

Công nghệ xây dựng vải sợi carbon đơn hướng

Để đảm bảo thanh thép chịu lực ban đầu và sợi carbon gia cường có thể hoạt động đồng bộ, chênh lệch ứng suất và biến dạng giữa thanh thép chịu lực ban đầu và vải sợi carbon đơn hướng cần được rút ngắn tối đa. Khi vải bị phá hủy, vải có thể đạt trạng thái giới hạn tương ứng, và cường độ tổng thể của dầm mũ có thể được cải thiện đáng kể. Các biện pháp dỡ tải để gia cường dầm mũ bao gồm: tháo dỡ dầm chính có tải trọng ban đầu thấp, dán vải sợi carbon đơn hướng để gia cường và lắp đặt dầm chính tải trọng tiêu chuẩn mới.

Việc ứng dụng cốt sợi carbon đơn hướng cho dầm mũ trụ giữa trong dự án gia cố cầu vượt Kiến Tường đã tiết kiệm được khoảng 25 triệu nhân dân tệ, rút ngắn thời gian thi công, giải quyết vấn đề thi công liên tục. Lợi ích to lớn đã được các đơn vị liên quan đánh giá cao.