Recubrimiento del pilar del puente con refuerzo de envoltura de

1. Estudio de ingeniería

1.1 Estudio de puentes

Se trata de un puente de carretera principal. La superestructura consiste en una viga cajón continua de hormigón pretensado de 3 x 25 m. La subestructura consiste en una cimentación de pilares y pilotes. La longitud total del puente es de 82 m.

1.2 Parámetros relacionados con la viga de cubierta

La viga de cubierta del pilar tiene 1,5 m de alto, 1,8 m de ancho y 11,393 m de largo. Se instalaron 36 barras de 28 HRB335 en el borde inferior de la viga de cubierta. La resistencia del hormigón fue de C35 y el espesor de la capa protectora de hormigón fue de 6 cm.

1.3 Defectos en la viga de cubierta

Durante la construcción de las vigas de cubierta del pilar, la disposición y el diseño de las barras de acero tensadas no concuerdan entre sí, y parte de ellas se desplaza hacia arriba, lo que reduce la distancia entre las barras de acero tensadas y el eje neutro, disminuyendo así la capacidad portante de la estructura.

2. Ideas de refuerzo

Debido a un error de construcción, el refuerzo principal del borde inferior de la viga de cubierta se desplaza hacia arriba, lo que resulta en una capacidad de flexión insuficiente. Dado que el puente no se ha abierto al tráfico, se puede considerar pegar una placa de acero y una lámina de fibra de carbono en el borde inferior de la viga de cubierta para reforzar la flexión. Es necesario perforar y atornillar las vigas de cubierta para pegar las placas de acero. El daño al hormigón y a las barras de acero de las vigas de cubierta originales es grave. La superficie expuesta de las placas de acero debe tratarse regularmente después de la construcción de las placas de acero. La adhesión de la lámina de fibra de carbono para reforzar la estructura original de la viga de cubierta no causa ningún daño, y la construcción es sencilla y rápida. Tras comparar los métodos de refuerzo, la placa de acero adherida y el revestimiento de fibra de carbono, se optó por este último.

3 Análisis estructural

Sección transversal de la viga de cubierta: b*h = 1800 mm*1500 mm.

fsd = 280 Mpa, fcd = 161 Mpa

En el cálculo, se considera que la capacidad portante de la viga de cubierta del pilar de diseño original cumple con los requisitos, y el refuerzo es solo un complemento parcial para reducir la capacidad portante de la viga de cubierta debido a errores de construcción.

De acuerdo con la teoría básica del diseño estructural, se calcula la capacidad portante de la viga de cubierta de diseño original y la de la viga de cubierta una vez terminada la construcción. La diferencia entre ambas radica en el valor del momento flector que debe reforzarse mediante el revestimiento de CFRP. El área de la sección transversal del revestimiento de fibra de carbono se puede obtener mediante la fórmula básica de mecánica de materiales.

3.1 Cálculo de la capacidad portante de la viga de cubierta en el diseño original

3.1.1 Cálculo de la altura de la zona de presión: 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 ).}

No se producirá sobrerreforzamiento de la viga.

3.1.2 Capacidad de carga de momento flector de la viga de cubierta en el diseño original

Capacidad de carga de momento flector de la viga de cubierta en el diseño original:

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

3.2 Cálculo de la capacidad portante de momento de la viga de cubierta real en el centro del vano

3.2.1 Cálculo de la altura de la zona de presión: x^'

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)

x=291.8mm

3.2.2 Capacidad de carga de momento de la viga de cubierta en el centro del vano

Capacidad de carga de momento de la viga de cubierta en el centro del vano:

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

El Mu' real es más pequeño que el diseñado. M_u. M_u-Mu^'=7 979-7 l10 =869 k N ·m ．

3.3 Cálculo del área de la pasta de envoltura de CFRP

Al colocar una lámina de fibra de carbono en el borde inferior de la viga de cubierta, se compensa la capacidad de carga del momento flector debido a las características constructivas. El ancho b de la envoltura de fibra de carbono es de 20 cm, el módulo elástico Ef es de 2,4 x 10⁻¹ M Pa y el espesor de la lámina de fibra de carbono monocapa es de 0,167 mm.

M=Af*Ff*Ef(h-x/2)

3.4 Envoltura de fibra de carbono para el refuerzo de pilares

A) La envoltura de CFRP debe estar en bandas y no debe tener más de 3 capas.

B) La longitud de solape de CFRP a lo largo de la dirección de la fuerza de la fibra no debe ser inferior a 100 mm. Cuando se utilice una envoltura de CFRP multicapa, las posiciones de solape deben estar escalonadas.

C) Cuando se utilice CFRP para sortear el chaflán exterior del elemento (sección), el borde de la sección debe pulirse hasta obtener una superficie circular antes de aplicar el adhesivo. El radio del arco no debe ser inferior a 20 mm.

D) Al reforzar con CFRP multicapa, la envoltura de CFRP debe cortarse capa por capa, utilizando la tira de compresión más externa en el punto de corte de cada capa. El método de adhesión debe ser corto en el interior y largo en el exterior.

Cuando se refuerza la viga de la tapa del puente, se pegan tres capas de envoltura de fibra de carbono con un ancho de 20 mm en el borde inferior de la viga de la tapa, y se disponen nueve capas transversalmente, luego el área de la sección transversal de la envoltura de fibra de carbono es 901,8 m> A f: 764,05 m, que cumple con los requisitos.

Resumen

La introducción anterior muestra que la adhesión del revestimiento de CFRP puede solucionar el problema de la insuficiente capacidad de flexión de las vigas de capitel de los pilares, causada por un refuerzo insuficiente, incluso sin daños en la estructura original. También es útil para mejorar la capacidad portante de otros elementos de flexión, como las vigas de hormigón armado. Cabe destacar que la adhesión del CFRP presenta requisitos estrictos en cuanto a las condiciones y técnicas de construcción. Para garantizar la calidad de la construcción, es necesario que la obra sea realizada por profesionales con amplia experiencia, cumpliendo estrictamente con las especificaciones de control de calidad en cada etapa.