Gia cố cầu

Công nghệ gia cố và sửa chữa polyme gia cường sợi carbon (CFRP wrap) là một loại công nghệ gia cố kết cấu mới. Nó đề cập đến việc sử dụng keo dán nhựa hiệu suất cao để dán vải sợi carbon lên bề mặt các cấu kiện kết cấu công trình, để cả hai cùng hoạt động, cải thiện khả năng chịu lực của các cấu kiện kết cấu (uốn, cắt) để đạt được mục đích gia cố và gia cường cho công trình.

1. Những lợi thế rõ ràng nhất của công nghệ gia cố bằng CFRP là:

(1) Độ bền cao, hiệu suất cao, ứng dụng rộng rãi, dễ dàng đảm bảo chất lượng. Hiện nay, độ bền kéo của vật liệu sợi carbon cao hơn thép thông thường gấp mười lần.

(2) Thi công thuận tiện, hiệu suất công việc cao, không cần vận hành ướt, không cần đồ gá tại chỗ, diện tích xây dựng ít.

(3) Vật liệu sợi carbon có khả năng chống ăn mòn và độ bền tốt. Sau khi gia cố và sửa chữa, trọng lượng và kích thước của kết cấu ban đầu không tăng, cũng không cần duy trì, không ảnh hưởng đến trang trí bên ngoài.

2 Công nghệ xây dựng

2.1 Nguyên lý gia cố

Nguyên lý gia cường CFRP là tận dụng khả năng chống ăn mòn cao của CFRP để dán CFRP lên bề mặt cấu kiện bê tông cầu bằng keo kết dính chuyên dụng hoặc keo tẩm. Sau khi đóng rắn, CFRP hình thành một phức hợp ứng suất mới và kết hợp với cấu kiện ban đầu, do đó đóng vai trò gia cường. (Sợi carbon liên tục có cường độ cao hoặc mô đun đàn hồi cao, được bó theo một hướng, tẩm nhựa epoxy hoặc đóng rắn không cần nhựa)

2.2 quy trình xây dựng

Xử lý bề mặt linh kiện - chải nhựa nền - chải keo san phẳng, dán vải sợi carbon và keo liên kết để thấm hoàn toàn vải sợi carbon - xử lý lớp gia cường bảo vệ bên ngoài. Lấy cốt thép dầm bê tông làm ví dụ:

1) Xử lý bề mặt dầm bê tông. Làm sạch bề mặt dầm cho đến khi lớp bê tông tươi lộ ra, sau đó sửa chữa chỗ lõm bằng vữa polyme.

2) Thi công lớp lót, lớp san phẳng và keo dán sợi carbon. Mục đích là để tăng cường lực liên kết giữa CFRP và bề mặt bê tông.

3) Bọc sợi carbon liên kết. Dùng cọ lăn để dàn đều nhựa tẩm lên bề mặt dầm và dán vải sợi carbon.

4) Bảo vệ bề mặt. Một lớp nhựa nền được phủ lên bề mặt vải sợi carbon. Sau khi nhựa nền khô, vữa xi măng được trát lên để bảo vệ lớp bề mặt. Độ dày của lớp bề mặt không nhỏ hơn 20 mm.

2,3 điểm cho sự chú ý trong xây dựng

1) Uốn tấm sợi carbon theo hướng sợi sẽ dẫn đến ứng suất tập trung và đứt sợi, ảnh hưởng đến độ bền của tấm. Khi góc tấm sợi carbon bị kẹt, góc cần được vát và đánh bóng thành hình vòng cung, bán kính vòng cung không được nhỏ hơn 20 mm. Phương pháp gia cố sợi carbon được mô tả. Và tăng cường lực ứng dụng của kỹ thuật gia cố.

2) Chiều dài chồng lấn của CFRP không được nhỏ hơn 100 mm theo phương ứng suất của CFRP và CFRP dọc phải kéo dài đến mép của giá đỡ và được neo bằng vòng chữ U CFRP để giảm sự tập trung ứng suất của CFRP.

3) Lớp keo dán không được quá mỏng, độ dày trung bình không được nhỏ hơn 2 mm; bọt khí giữa CFRP và bề mặt bê tông phải được đùn ra hoàn toàn.

4) Kích thước keo dán thực tế của CFRP không được nhỏ hơn lượng thiết kế và độ lệch vị trí của nó không được lớn hơn 2 cm trong điều kiện bình thường; tổng diện tích keo dán hiệu quả không được nhỏ hơn 95%.

5) Vải sợi là vật liệu dẫn điện và tấm sợi carbon phải được giữ cách xa các thiết bị điện và nguồn điện trong quá trình thi công.

3 dự án

3.1 Tổng quan dự án

Cầu sông Pu được thông xe vào tháng 12 năm 1989 và đã hoạt động gần 20 năm. Cầu được thiết kế là dầm chữ T bê tông cốt thép dự ứng lực đúc sẵn 12x20m, mỗi nhịp gồm 5 dầm chữ T, tổng chiều dài 244,64m. Các thông số chính là: Chiều cao dầm chữ T h = 1300mm, chiều rộng b = 180mm, a = 15mm, As = 5080mm², FY = 300N/mm², FC = 11,9N/mm², FTK = 1,78N/mm². Qua kiểm tra tại hiện trường và tính toán lý thuyết, cầu chưa đạt yêu cầu và cần gia cố. Sau khi chuyên gia lập luận, các thông số cốt thép bê tông như sau: NCF = 2, TCF = 0,111mm, Ecf = 250GPa, fcfk = 2000MPa, WCF = 180mm, SCF = 100mm, HCF = 300mm. Chế độ cốt thép là dính hình chữ U, hệ số cắt cốt thép CFRP là 0,85, và dạng tải trọng là tải trọng phân bố đều.

3.2 So sánh kết quả tính toán khả năng chịu lực tiết diện thẳng đứng trước và sau khi gia cố được thể hiện ở Bảng 1. So sánh tần suất trước và sau khi gia cố được thể hiện ở Hình 1.

So sánh khả năng chịu lực của tiết diện thẳng trước và sau khi gia cố

4 Kết luận

Như thể hiện trong Bảng 1, khả năng chịu uốn của phần gia cường tăng 14,3%. Hiệu quả thi công của dự án này là tốt, không có vấn đề về chất lượng, thực tế đã chứng minh rằng những ưu điểm của công nghệ kết cấu gia cường sợi carbon là rõ ràng, triển vọng ứng dụng rất tươi sáng.