Modernización de vigas de grúa

Desde la década de 1980, la tecnología de reparación de hormigón con tejido de fibra de carbono, como método avanzado de reparación estructural de alta eficiencia y bajo costo, ha sido ampliamente estudiada y aplicada en la ingeniería civil. Actualmente, la tecnología del hormigón reforzado con fibra se encuentra relativamente desarrollada. Sin embargo, debido a las diferencias esenciales entre las propiedades del acero y el hormigón, la tecnología de refuerzo de estructuras de acero y hormigón es muy diferente. El modo de fallo de las estructuras de acero reforzadas con CFRP se produce principalmente por fallo de interfaz. Actualmente, la investigación sobre el refuerzo de estructuras de acero con tejido de fibra de carbono se encuentra en una etapa preliminar, tanto a nivel nacional como internacional, y su aplicación real en ingeniería aún no se ha llevado a cabo a gran escala.

Características de las vigas de grúa reforzadas con tejido de fibra de carbono

En las plantas industriales, el funcionamiento normal de las vigas de grúa influye directamente en la producción. Especialmente en las plantas siderúrgicas, donde el tonelaje de las grúas suele ser elevado o incluso sobrecargado, y su funcionamiento frecuente provoca ocasionalmente daños y grietas en las vigas de grúa. Las fallas en los sistemas de vigas de grúa de estructuras de acero en plantas industriales se deben principalmente a la fatiga, y la mayoría de las vigas se destruyen antes de alcanzar su vida útil de diseño debido a las altas temperaturas interiores y otros factores. Los métodos tradicionales de refuerzo, como la soldadura de placas de acero o perfiles de acero, ofrecen cierto efecto de refuerzo. Sin embargo, al mismo tiempo, aumentan el peso de la viga y reducen la utilización del espacio, lo que resulta en una redistribución de la tensión y la rigidez, lo que suele causar concentración de tensiones en la costura de soldadura y grietas por fatiga bajo la acción de la carga, lo que resulta en daños secundarios por fatiga en la viga de acero. Gracias a la alta resistencia a la tracción del CFRP, su gran conformabilidad (como una buena adhesión a los elementos de acero en las esquinas de la estructura) y su buena resistencia a la corrosión y a la fatiga, el efecto de refuerzo de las vigas de grúa de acero es mucho mejor que el de los métodos tradicionales. Se adoptan diferentes métodos de refuerzo según las diferentes condiciones; por ejemplo, la adhesión de CFRP a la superficie de tracción del componente puede mejorar su capacidad de flexión. En la parte de fatiga de la estructura de acero, la resistencia a la fatiga residual puede mejorarse mediante la adhesión de fibra de carbono. El efecto tecnológico del refuerzo de elementos de acero con malla de fibra de carbono es notable y se ha convertido en un tema de investigación de gran interés para expertos y académicos.

Análisis y medición de las dificultades de ingeniería

Falta de especificaciones estándar

Dada la limitada aplicación de la tecnología de estructuras de acero reforzadas con fibra de carbono en la ingeniería práctica, no existen normas ni especificaciones predefinidas que se puedan seguir. Se trata de una nueva tecnología para la unión de malla de fibra de carbono para reforzar y reparar estructuras de acero. Es muy diferente de la malla de fibra de carbono para reforzar el hormigón, ya que difieren en el modo de unión, la interfaz de fallo y el modo de falla. Por lo tanto, durante el proyecto, combinando la experiencia previa en ingeniería y adoptando los procesos de prueba, validación, optimización y construcción de bordes, se diseñó el esquema óptimo de diseño de refuerzo según la selección del material, el rendimiento de la unión, el rendimiento del proceso, la prueba de fatiga de las uniones cruciformes, la prueba del modelo de viga de grúa, y el cálculo y análisis estructural.

Entorno de ingeniería desfavorable

En los edificios industriales con estructura de acero, la viga de grúa de acero es un componente muy importante, y su entorno es complejo. Por ejemplo, en una acería, si la interrupción del refuerzo causa graves pérdidas económicas, durante su operación normal, se producen altas temperaturas y polvo en el entorno de trabajo de la estructura, lo que dificulta la resistencia física y la resistencia de los trabajadores. Además, la temperatura ambiente del taller de fabricación de acero es muy alta, y el tiempo de adhesión y la temperatura de trabajo de los materiales de unión anteriores no cumplen con los requisitos. En cuanto a la selección de materiales, Ma Mingshan, del Instituto de Investigación Arquitectónica Metalúrgica de China Co., Ltd., realizó 11 lotes de 200 grupos de pruebas de rendimiento de materiales. Se investigaron sistemáticamente las propiedades mecánicas de diversos materiales de unión, las propiedades de tracción y cizallamiento del acero con el acero, las propiedades de unión a tracción normal del acero con el tejido de fibra de carbono, las propiedades de fatiga, la humectabilidad, el tiempo de curado, las perturbaciones externas y las propiedades de superposición del acero con el tejido. Finalmente, se seleccionaron el material de unión y el tejido de fibra de carbono adecuados para el refuerzo de estructuras de acero en el taller industrial. Plazo de construcción corto

Considerando la particularidad del proyecto de refuerzo con CFRP de la viga de acero de la grúa en naves industriales, la empresa...

El período de construcción es corto, y una parada de un día puede causar enormes pérdidas económicas. Por lo tanto, supone un gran desafío para los requisitos de la tecnología de construcción y la coordinación del personal. Por lo tanto, se recomienda adoptar aglutinantes de secado rápido y tecnología de construcción compatible en la construcción de refuerzos, lo que puede acortar considerablemente el tiempo de parada.

Inspección y aceptación de la construcción

Inspección de materiales

Para telas de fibra de carbono, adhesivos estructurales y otros materiales de refuerzo, es necesario acceder a la obra una sola vez, de acuerdo con la dosis del proyecto. Al ingresar, se inspeccionará el certificado de calificación del producto, el informe de inspección de calidad del producto y la integridad del embalaje, junto con la unidad de supervisión. Al mismo tiempo, se debe presenciar la inspección de muestreo para verificar el rendimiento de seguridad de los productos.

Inspección y control de calidad del proceso

Cuando la estructura de acero se refuerza y repara con telas de fibra de carbono y materiales de unión de resina compatibles, la construcción del siguiente proceso solo puede llevarse a cabo después de que el proceso anterior haya superado la inspección. Si la calidad de la construcción no cumple con los requisitos, se deben tomar medidas correctivas o rehacer el trabajo de inmediato. Durante la construcción, personal especializado debe ser responsable de la inspección de calidad y de los registros detallados.

Desviación dimensional e inspección de la calidad de la adherencia

Al reforzar la viga de la grúa de una estructura de acero con lámina de CFRP, es necesario pegarla y reforzarla estrictamente según las dimensiones de diseño, y la desviación relativa de la posición de pegado debe ser inferior a 10 mm. El área efectiva total no debe ser inferior al 95 % del área total de la adherencia. Si el área de un solo hueco es inferior a 2500 mm², se recomienda utilizar una jeringa con aguja para repararlo. Si el área de un solo tambor vacío es superior a 2500 mm², se debe cortar la tela de fibra de carbono del tambor vacío y volver a superponerla y pegarla con la misma cantidad de tela de fibra de carbono. Al volver a pegarla, la longitud de solape de cada extremo no debe ser inferior a 200 mm.

Epílogo

Como un nuevo método de refuerzo, las estructuras de acero reforzadas con tejido de fibra de carbono (PRFC) se utilizarán ampliamente en el sector de las estructuras de acero gracias a la mejora de las especificaciones estándar y la tecnología de construcción.