Kỹ thuật gia cố cầu

Giới thiệu

Trình độ công nghệ gia cố truyền thống nhìn chung còn tương đối lạc hậu, phương pháp và quy trình thi công phức tạp, cần nhiều thiết bị hơn, bị hạn chế bởi nhiều yếu tố như địa điểm.

Là một công nghệ mới nổi, phương pháp gia cường sợi carbon có ưu điểm là thi công thuận tiện, chống ăn mòn, trọng lượng nhẹ, cường độ kết cấu cao và không làm tăng đáng kể kích thước kết cấu. Ngoài ra, thông qua phân tích kỹ thuật về giá vật liệu, chi phí vận hành và bảo trì xây dựng, có thể thấy bê tông cốt sợi carbon có hiệu suất chi phí tuyệt vời, công nghệ tiên tiến và hàm lượng công nghệ cao. Công nghệ này có lợi ích kỹ thuật và kinh tế tốt, lợi ích môi trường và lợi ích xã hội, đồng thời có khả năng cạnh tranh mạnh mẽ.

Do đó, công nghệ này đã dần trở thành xu hướng chủ đạo trong công nghệ gia cố. Kết hợp với kinh nghiệm thực tế sử dụng sợi carbon để gia cố và gia cường cầu Đông Ngụy Cát Trang, chúng tôi đã phân tích vật liệu, công nghệ thi công và hiệu suất ứng dụng.

Tổng quan dự án

Cầu Đông Vệ Cát Trang nằm ở huyện Tương Hà, thành phố Lang Phường, tỉnh Hà Bắc. Hoàn thành năm 1971, cầu bắc qua sông Triều Hà. Cầu dài 229,64m, rộng 11,8m, tổng cộng 16 lỗ khoan và khẩu độ 14,1m. Phần trên là dầm chữ T, phần dưới là mố trụ cầu. Dự án đã mở rộng và gia cố cầu, nâng tiêu chuẩn tải trọng từ hơi nước -13 tấn, treo -20 tấn lên hơi nước -20 tấn, treo -100 tấn. Trong đó, sợi carbon được sử dụng để gia cố dầm chữ T, mang lại hiệu quả phát hiện tốt.

Giới thiệu tóm tắt về công nghệ gia cố sợi carbon

Gia cố sợi carbon là công nghệ gia cố hoàn toàn mới, khắc phục hiệu quả những nhược điểm của phương pháp gia cố bê tông cỡ lớn. Sợi carbon có cấu trúc rất mỏng, mỏng hơn 100 lần so với tóc người, mật độ sợi carbon nhỏ hơn thép nhưng độ bền lại cao hơn thép. Khi sử dụng, độ bền kéo tối đa của sợi carbon có thể đạt tới 9 lần so với thép. Đặc tính chịu lực, đàn hồi và chống ăn mòn cao này được ứng dụng rộng rãi trong xây dựng, đồng thời có tính linh hoạt. Sợi carbon có thể được gia công, ngay cả khi bề mặt bị mất cân bằng, vẫn có thể được dán lại thành một khối thống nhất. Bên cạnh những ưu điểm này, sợi carbon còn là vật liệu nhẹ hơn. Trọng lượng mỗi mét vuông sau khi dán chỉ dưới 1kg và độ dày chỉ dưới 1mm, kích thước và trọng lượng kết cấu ban đầu sau khi gia cố sẽ không tăng thêm. So với bê tông cốt thép truyền thống hoặc bê tông cốt thép cốt thép, thi công sợi carbon đơn giản hơn, tiết kiệm diện tích sử dụng, không cần gia cố kết cấu cố định tại chỗ, chất lượng công trình cao hơn. Trong quá trình thi công, kích thước và độ dày của kết cấu không bị tăng lên, độ bền tốt. Áp dụng phương pháp gia cố kết cấu này có thể kéo dài tuổi thọ của công trình, vì vậy vật liệu này được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Vật liệu gia cố sợi carbon

Hệ thống gia cố CFRP

Hệ thống composite polyme gia cường sợi carbon (CFRP) liên kết bên ngoài dùng để gia cố kết cấu xây, bê tông, thép và gỗ.

Tấm CFRP bọc yên ngựa

Vải CFRP bọc yên ngựa

Tấm CFRP bọc yên ngựa

Lớp lót sợi carbon bọc yên ngựa

Keo dán phẳng yên ngựa

Keo dán sợi carbon bọc yên ngựa

Keo dán dải CFRP bọc yên ngựa

Dải sợi carbon bọc yên ngựa

Gia cố sợi carbon

Gia cố uốn cho dầm chính của dầm chữ T cầu sử dụng các tấm sợi carbon 18×1800 (cm) và 18×400 (cm) để chịu mô men uốn của dầm chính kéo dài đến dầm giữa. Mỗi đầu của mỗi lớp có một vòng chữ U rộng 12cm để cố định tấm sợi carbon.

Sơ đồ gia cường chịu cắt của dầm chính chữ T của cầu bắt đầu được gia cố gần điểm tựa. Một vòng ngoài hình chữ U với tấm sợi carbon rộng 20 cm được bổ sung, và dầm chính được bố trí 12 rãnh. Các thanh giằng ở cuối mỗi dầm chính được làm bằng các vòng ngoài ngang hình chữ U rộng 20 cm.

Quy trình thi công gia cố sợi carbon

Quy trình thi công cốt sợi carbon và gia cường như sau: xử lý bề mặt cấu kiện dầm → xử lý nền → sơn lót → cạo và làm phẳng vật liệu → một lớp nhựa tẩm → liên kết tấm sợi carbon → phủ một lớp nhựa tẩm → bảo dưỡng → lớp phủ bảo vệ

Phân tích tương phản và so sánh cốt sợi carbon

Dữ liệu thử nghiệm trước và sau khi gia cố cầu cho thấy dữ liệu tải trọng động và tĩnh của cầu được gia cố bằng công nghệ gia cố sợi carbon đã được cải thiện đáng kể và hiệu quả gia cố cầu là rõ ràng. Quy trình thi công bằng công nghệ gia cố và gia cố sợi carbon đơn giản, có thể vận hành bằng các công cụ điện nhỏ, cần ít nhân công hơn, thời gian thi công ngắn và tiến độ nhanh. Có thể thi công mà không làm gián đoạn giao thông và ít bị ảnh hưởng bởi môi trường. Do đó, rút ngắn đáng kể thời gian thi công của công trình xây dựng thủ công, mang lại lợi ích kinh tế xã hội rất tốt. Sử dụng phương pháp này có thể làm tăng đáng kể tuổi thọ của công trình và giảm chi phí gia cố. Do đó, nó phù hợp để gia cố cầu và sửa chữa các vết nứt cầu ở những nơi hư hỏng thân cầu không nghiêm trọng, thời gian thi công ngắn và lưu lượng giao thông lớn.

Phần kết luận

Với sự tiến bộ của thời đại, khoa học công nghệ và sự phát triển của ngành giao thông vận tải Trung Quốc, một số cây cầu cũ đã dần không còn đáp ứng được nhu cầu phát triển giao thông vận tải hiện đại do xuống cấp lâu dài hoặc tải trọng tăng cao, đồng thời thực hiện các yêu cầu quốc gia về bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng. Việc gia cố đã kéo dài tuổi thọ, do đó chi phí bảo trì và gia cố cầu cũ rất lớn. Đồng thời, do những hạn chế của phương pháp gia cố bê tông cốt thép truyền thống, gia cố sợi carbon với hiệu suất vượt trội chắc chắn sẽ đóng vai trò to lớn trong việc gia cố cầu trong tương lai.