Nắp trụ cầu bằng vật liệu gia cố bọc sợi carbon

1.Khảo sát kỹ thuật

1.1 Khảo sát cầu

Cầu là cầu đường bộ chính. Kết cấu phần trên của cầu là dầm hộp bê tông cốt thép dự ứng lực 3x25m. Kết cấu phần dưới là trụ cột và móng cọc. Tổng chiều dài cầu là 82m.

1.2 bao gồm các thông số liên quan đến chùm tia

Dầm mũ trụ cao 1,5m, rộng 1,8m và dài 11,393m. Tổng cộng có 36 thanh thép HRB335 28 được lắp đặt ở mép dưới của dầm mũ. Cường độ bê tông là C35 và độ dày lớp bê tông bảo vệ là 6cm.

1.3 tình trạng khuyết tật dầm che

Trong quá trình thi công dầm mũ trụ, bố trí và thiết kế các thanh thép ứng suất không đồng nhất với nhau, một phần thanh thép ứng suất dịch chuyển lên trên, làm cho khoảng cách giữa thanh thép ứng suất và trục trung hòa trở nên nhỏ hơn, khả năng chịu lực của kết cấu giảm đi.

2. Ý tưởng củng cố

Do lỗi thi công, cốt thép chính của mép dưới dầm mũ di chuyển lên trên, và khả năng uốn của mép dưới dầm mũ không đủ. Do cầu chưa được thông xe nên có thể cân nhắc dán tấm thép và bọc sợi carbon ở mép dưới dầm nắp để gia cố uốn. Cần phải khoan lỗ và bắt bu lông vào dầm nắp để dán các tấm thép. Thiệt hại cho bê tông và thanh thép của dầm nắp ban đầu là nghiêm trọng. Bề mặt tiếp xúc của tấm thép nên được gia cố thường xuyên sau khi thi công các tấm thép dán. Liên kết bọc sợi carbon để gia cố kết cấu dầm nắp ban đầu không gây ra bất kỳ thiệt hại nào, thi công đơn giản và nhanh chóng. Sau khi so sánh hai phương pháp dán tấm thép và bọc sợi carbon, chúng tôi chọn phương pháp gia cố là dán bọc sợi carbon.

3 Phân tích cấu trúc

Tiết diện dầm mũ: b*h=1800mm*1500mm.

f_sd=280Mpa,f_cd=161Mpa

Trong tính toán, xét thấy khả năng chịu lực của dầm mũ trụ theo thiết kế ban đầu đáp ứng yêu cầu, việc gia cố chỉ là bổ sung một phần để giảm khả năng chịu lực của dầm mũ do sai sót trong thi công.

Theo lý thuyết cơ bản về thiết kế kết cấu, khả năng chịu mô men uốn của dầm mũ thiết kế ban đầu và dầm mũ hoàn thiện thực tế được tính toán. Sự khác biệt giữa hai giá trị này là giá trị mô men uốn cần được gia cường bằng cách dán lớp bọc CFRP. Diện tích mặt cắt ngang của lớp bọc sợi carbon có thể được xác định bằng công thức cơ học vật liệu cơ bản.

3.1 Tính toán khả năng chịu lực mô men của dầm nắp theo thiết kế ban đầu

3.1.1 tính chiều cao vùng áp suất:x

 x=(f_sd*As)/(f_cd*b)=(280 ×36 ×615．8)／(16．1 ×1 8001 =2 14．2 m m <sbh_{0(=0．56 ×1 392．6=779．9 m m ).}

Sẽ không có dầm gia cố quá mức.

3.1.2 Khả năng chịu mô men uốn của dầm nắp theo thiết kế ban đầu

Khả năng chịu mô men uốn của dầm nắp trong thiết kế ban đầu:

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)=280 ×36 ×6 15．8 (1 500一f60+31．6 ×1．5)-214．2／2]=7 979 kN.m．

3.2 Tính toán sức chịu mô men của dầm che thực tế ở nhịp giữa

3.2.1 tính chiều cao vùng áp suất: x'

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)

x=291.8mm

3.2.2 Khả năng chịu mô men của dầm che thực tế ở nhịp giữa

Khả năng chịu mô men của dầm che thực tế ở nhịp giữa: 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

Mu' thực tế nhỏ hơn Mu thiết kế. Mu-Mu'=7 979-7 l10 =869 k N ·m．

3.3 Tính toán diện tích của lớp dán CFRP

Bằng cách đặt lớp sợi carbon ở mép dưới của dầm che, khả năng chịu mô men uốn do kết cấu gây ra sẽ được bù trừ. Chiều rộng b của lớp sợi carbon là 20 cm, mô đun đàn hồi Ef là 2,4 * 105 M Pa, và độ dày của tấm sợi carbon một lớp là 0,167 mm.

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

3.4 bọc sợi carbon để gia cố trụ cầu

A) Lớp bọc CFRP phải được bó lại và không được quá 3 lớp.

B) Chiều dài lớp quấn CFRP theo hướng lực của sợi không được nhỏ hơn 100 mm. Khi sử dụng lớp bọc CFRP nhiều hoặc nhiều lớp, vị trí quấn phải được sắp xếp so le.

C) Khi sử dụng CFRP để vát mép ngoài của cấu kiện (phần), cạnh tiết diện của cấu kiện phải được đánh bóng thành bề mặt tròn trước khi dán. Bán kính vòng cung không được nhỏ hơn 20 mm.

D) Khi gia cường bằng CFRP nhiều lớp, lớp bọc CFRP phải được cắt từng lớp, và dải nén ngoài cùng tại điểm cắt của mỗi lớp phải được sử dụng, và chế độ liên kết phải ngắn ở bên trong và dài ở bên ngoài.

Khi dầm mũ cầu được gia cố, ba lớp bọc sợi carbon có chiều rộng 20 mm được dán vào mép dưới của dầm mũ và chín lớp được sắp xếp theo chiều ngang, khi đó diện tích mặt cắt ngang của lớp bọc sợi carbon là 901,8 m > A f: 764,05 m, đáp ứng yêu cầu.

Bản tóm tắt

Qua phần giới thiệu ở trên, có thể thấy rằng việc liên kết bằng tấm CFRP có thể khắc phục được vấn đề khả năng chịu uốn không đủ của dầm mũ trụ do thiếu cốt thép trong trường hợp kết cấu ban đầu không bị hư hại. Nó cũng hữu ích để cải thiện khả năng chịu lực của các cấu kiện chịu uốn khác như dầm bê tông cốt thép. Cần lưu ý rằng việc liên kết bằng tấm CFRP có những yêu cầu nghiêm ngặt về điều kiện thi công và kỹ thuật thi công. Để đảm bảo chất lượng công trình, việc thi công cần được thực hiện bởi các đơn vị thi công chuyên nghiệp, giàu kinh nghiệm, và trong từng giai đoạn thi công phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu về kiểm soát chất lượng theo tiêu chuẩn kỹ thuật.