Köprü güçlendirme

Önsöz

Son yıllarda, yangın kazalarından kaynaklanan köprü hasarları sürekli olarak meydana gelmektedir. Genellikle, döşeme kirişi, başlık kirişi ve ayak kolonundaki beton dökülmesi, kesitin küçülmesine neden olur. Ağır vakalarda ise çıplak çelik çubuklar, öngerilmeli çelik çubukların öngerilme kaybı, levha kirişin sapması artarak levha kirişin alt kısmında çekme çatlaklarına neden olur vb. Kaza sonrasında, öncelikle, olay yerindeki gerçek duruma göre, yangının zamanını ve sıcaklığını analiz etmek, köprünün hasarını ve taşıma kapasitesindeki azalmayı değerlendirmek, böylece köprüyü güçlendirmek ve yangının neden olduğu kaybı en aza indirmek gerekir.

Yangın sonrası köprü hasarının analizi

1.1 beton hasarı

Yangın durumunda ilk hasar betonda görülür. Yüksek sıcaklıktan sonra betonun dayanımı kaybolur. Sıcaklık 300 C'nin altına düştüğünde çimento taşı kristalinin değişmediği, sadece içerideki bağlı olmayan suyun buharlaştığı, agrega ile çimento taşının ısıl genleşme katsayılarının farklı olduğu, bunun sonucunda mikro çatlakların oluştuğu ve betonun dayanımının hafifçe azaldığı görülebilir. Sıcaklık 300-600 C arasında olduğunda çimento hamurundaki kalsiyum hidroksit susuz kalıp ayrışır, kristal hafifçe zarar görür, çimento hamuru gevşemeye başlar ve betonun dayanımı düşer. Sıcaklık 600-800 C arasında olduğunda betondaki dolomit ve kalsiyum karbonat ayrışmaya başlar, agrega artık kararlı değildir ve betonun basınç dayanımı keskin bir şekilde düşer. Çimento hamuru 800 C'nin üzerindeki yüksek sıcaklığa maruz kaldığında çimento hamuru kesikli aglomera haline gelir ve betonun dayanımı temelde kaybolur. Sıcaklığın dayanım üzerindeki etkisi şemada gösterilmiştir.

Aslında, sıcaklık çok yüksek olmadığında, termal genleşme nedeniyle beton patlayabilir ve parçalanabilir. Yangını söndürmek için su kullanıldığında, sıcak beton yüzeyi suyla hızla soğutulur, bu da beton elemanlarının iç ve dış gerilmeleri arasında farka neden olur ve bu da betonun parçalanmasını daha da kötüleştirir. Bu nedenle, yangında köprülerin ana hasarı betonun patlaması ve parçalanmasıdır, bu da koruyucu tabakanın ve hatta çıplak donatının kalınlığının azalmasına neden olur. Aynı zamanda, elemanın kesit alanı azalır. Levha kiriş için, eğilme sertliği azalır, sapma artar ve levhanın alt kısmında çekme çatlakları oluşur. Pullanmamış beton da yüksek sıcaklıklar, azalan mukavemet ve dayanıklılık, iç çeliğin korozyona uğraması kolaydır ve diğer ilişkili olumsuz etkiler nedeniyle gevşeyebilir.

1.2 çelik çubuk hasarı

Yangın sırasında zamanla çelik çubuk, özellikle koruyucu tabaka soyulduktan sonra, kademeli olarak ısıtılır. Donatı çubuklarının dayanımı 200 santigrat derecede çok az değişir ve daha sonra azalır. Donatı çubuklarının nihai dayanımı, akma dayanımı ve elastik modülü, yangın sıcaklığının artmasıyla azalır ve 450 C'de yumuşar. Sıcaklık 600 700 C'ye ulaştığında, donatı çubuklarının iç kristal yapısı değişir, bu da dayanım ve elastik modülde çok ciddi bir azalmaya ve dayanımın yaklaşık yarısının kaybına neden olur. Soğuduktan sonra, çeliğin dayanımı kısmen geri yüklenir, ancak iç kristal yeniden düzenlenmesi, akma dayanımı ve nihai dayanım azalır, süneklik artar. Yangını söndürmek için su kullanılırsa, çelik çubuk söndürme işleminden geçer ve kırılgan hale gelir. Ön gerilimli çelik çubuklar ve ön gerilimli çelik menteşeler daha yüksek karbon içeriğine sahiptir ve sıradan çelik çubuklara göre yangından çok daha fazla etkilenirler. Yüksek sıcaklık gevşemesi büyük ön gerilim kaybına neden olur. Koruyucu tabaka tamamen soyulursa, çelik çubuk doğrudan ateşe maruz kalacak ve yüzeyi oksitlenip paslanacaktır. Zamanında müdahale edilmezse, çelik çubuğun korozyonu hızla gelişecek ve mukavemetini etkileyecektir.

1.3 betonarme elemanlar arasındaki kohezyon kuvvetinin kaybı

Çelik çubuğun yüksek termal genleşme katsayısı nedeniyle, çelik çubuk ile beton arasındaki bağ kuvveti başlangıçta daha sıkı bir bağ olduğundan güçlenir. Ancak, çimento hamurunun yangın hasarına uğramasıyla bağ kuvveti kademeli olarak yok olur ve beton koruyucu tabakasının patlayıcı bir şekilde parçalanması, bağ kuvvetinin büyük ölçüde azalmasına neden olur.

Yangın sonrası köprüler için güçlendirme teknolojisi

Döşeme kirişi donatısı

Yangın durumunda, döşeme kirişinde genellikle beton patlaması ve dökülmesi görülür ve dökülmeler de gevşer, bu nedenle döşeme kirişinin donatısı önce gevşek betonu kesmelidir. Çatlama durumu ciddiyse ve çelik çubuk çıplaksa, pas önleyici işlem gerekir. Sağlam bir yapısal katmandan sonra, kesit kalınlığını tamir harcı ile eski haline getirmek gerekir. Çatlama ciddi değilse, doğrudan tamir harcı ile onarılabilir. Soyulan katmanın kalınlığı 3-4 cm'yi geçtiğinde, doğrudan onarım yapmak zordur. Çelik çubuk, levhanın altına dikilebilir, ardından orijinal kesit kalınlığını onarmak için çelik çubuk ağı veya tel örgü asılabilir. Çelik çubuk açıktaysa, önce çelik çubuğa pas sökücü ve pas önleyici uygulanmalı ve ardından orijinal kesit kalınlığına kadar onarılmalıdır.

Döşeme ve kirişlerdeki çelik çubukların dayanımı yangından sonra sıklıkla azaldığından, yangın sıcaklığına ve süresine göre azalma derecesi belirlenebilir ve ardından taşıma kapasitesini artıracak donatı tasarımı yapılabilir. Beton güçlendirme önlemleri, çelik levha veya karbon fiber kumaş yapıştırılarak kullanılabilir. Çünkü karbon fiber donatı, yüksek dayanım, hafiflik, korozyon direnci ve dayanıklılık gibi avantajlara sahiptir.

Kapak kirişi donatısı

Başlık kirişinin eğilme momenti ve kesme kuvveti nispeten büyüktür ve başlık kirişi genellikle üç taraftan ateşlenir, bu nedenle başlık kirişinin eğilme ve kesme kapasitesi, beton patlaması ve dökülmesinden sonra keskin bir şekilde azalır. Başlık kirişinin eğilme kapasitesini artırmak için, kesme kapasitesini artırmak amacıyla başlık kirişinin alt kısmına, üzengilere benzer şekilde "U" şeklinde karbon fiber kumaş takılmalıdır.

İskele kolon takviyesi

Kirişli köprülerin ayakları genellikle uzunlamasına donatılı ve spiral etriyeli silindirik kolonlardır. Yangın sırasında ayaklarda oluşabilecek en olası hasar, koruyucu tabakanın, hatta çıplak çelik çubukların bile dökülmesi ve daha ciddi etriyelerdeki betonun da patlamasıdır. Bu nedenle, ayak kolonlarının taşıma kapasitesi azalır ve güçlendirme önlemleri genellikle kesit boyutunun eski haline getirilmesini ve taşıma kapasitesinin güçlendirilmesini içerir. Günümüzde mühendislikte taşıma kapasitesini artırmak için yaygın olarak kullanılan güçlendirme yöntemi, yapıştırma donatısı etrafına fiber kumaş yerleştirmektir. Böylece üç boyutlu basınç durumundaki iç beton, ayakların taşıma kapasitesini artırır. Diğer çalışmalar, karbon fiber kumaşla güçlendirilen kolonların sismik performansının büyük ölçüde iyileştiğini göstermiştir.

Özet

Yangın veya başka nedenlerle hasar gören karayolları köprülerinin taşıma kapasitesini artırmak amacıyla güçlendirme amacıyla yaygın olarak kullanılan yöntem karbon fiber kumaş yapıştırılmasıdır.