Köprü ayağının karbon fiber sargı takviyesiyle kapatılması

1.Mühendislik araştırması

1.1 Köprü Araştırması

Köprü, bir karayolu ana hat köprüsüdür. Köprünün üst yapısı 3x25 m öngerilmeli beton sürekli kutu kiriştir. Alt yapı kolon ayak ve kazık temelden oluşur. Köprünün toplam uzunluğu 82 m'dir.

1.2 kapak kirişiyle ilgili parametreler

İskele başlık kirişi 1,5 m yüksekliğinde, 1,8 m genişliğinde ve 11.393 m uzunluğundadır. Başlık kirişinin alt kenarına toplam 36 adet 28 adet HRB335 çubuk yerleştirilmiştir. Beton dayanımı C 35 ve beton koruyucu tabakanın kalınlığı 6 cm'dir.

1.3 kapak kirişi kusur durumu

İskele başlığı kirişlerinin inşası sırasında, gerilmiş çelik çubukların yerleşim ve tasarımı birbirine uymamakta ve gerilmiş çelik çubukların bir kısmı yukarı doğru hareket etmekte, bu da gerilmiş çelik çubukların nötr eksene olan mesafesinin daralmasına ve yapının taşıma kapasitesinin azalmasına neden olmaktadır.

2. Güçlendirme fikirleri

İnşaat hatası nedeniyle, başlık kirişinin alt kenarındaki ana donatı yukarı doğru hareket eder ve başlık kirişinin alt kenarının eğilme kapasitesi yetersiz kalır. Köprü trafiğe açılmadığı için, eğilme donatısı için kapak kirişinin alt kenarına çelik levha ve karbon fiber sargı yapıştırılması düşünülebilir. Çelik levhaları yapıştırmak için kapak kirişlerine delikler açmak ve cıvatalar yapmak gerekir. Orijinal kapak kirişlerinin beton ve çelik çubuklarındaki hasar ciddidir. Yapıştırma çelik levhaların yapımından sonra çelik levhaların açıkta kalan yüzeyi düzenli olarak işlenmelidir. Orijinal kapak kirişi yapısını güçlendirmek için karbon fiber sargı yapıştırmak herhangi bir hasara neden olmaz, yapımı basit ve hızlıdır. Çelik levha ve karbon fiber sargı yapıştırmak için kullanılan iki güçlendirme yöntemini karşılaştırdıktan sonra, yapıştırma karbon fiber sargı güçlendirme yöntemini seçtik.

3 Yapı analizi

Başlık kirişinin kesiti: b*h=1800mm*1500mm.

fsd=280Mpa,fcd=161Mpa

Hesaplamada, orijinal tasarım iskele başlık kirişinin taşıma kapasitesinin gereksinimleri karşıladığı, donatının ise sadece yapım hatalarından kaynaklanan başlık kirişinin taşıma kapasitesini azaltacak kısmi bir takviye olduğu kabul edilmiştir.

Yapısal tasarımın temel teorisine göre, orijinal tasarım başlık kirişinin ve gerçek inşaatı tamamlanmış başlık kirişinin eğilme momenti taşıma kapasitesi hesaplanır. İkisi arasındaki fark, CFRP sargı yapıştırılarak güçlendirilmesi gereken eğilme momenti değeridir. Karbon fiber sargının kesit alanı, malzeme mekaniğinin temel formülü kullanılarak elde edilebilir.

3.1 Orijinal tasarımda örtü kirişinin moment taşıma kapasitesinin hesaplanması

3.1.1 Basınç bölgesi yüksekliğini hesapla: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 ).}

Aşırı güçlendirilmiş kiriş oluşmayacaktır.

3.1.2 Orijinal tasarımda kapak kirişinin eğilme momenti taşıma kapasitesi

Orijinal tasarımda kapak kirişinin eğilme momenti kapasitesi:

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)=280 ×36 ×6 15．8 (1 500一f60+31．6 ×1．5)-214．2／2]=7 979 kN.m．

3.2 Orta açıklıktaki gerçek örtü kirişinin moment taşıma kapasitesinin hesaplanması

3.2.1 Basınç bölgesi yüksekliğini hesapla: x'

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)

x=291.8mm

3.2.2 Orta açıklıktaki gerçek örtü kirişinin moment taşıma kapasitesi

Gerçek örtü kirişinin orta açıklıktaki moment taşıma kapasitesi: Mu'=fsd*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

Gerçek Mu', tasarlanan Mu'dan daha küçüktür. Mu-Mu'=7 979-7 l10 =869 k N ·m ．

3.3 CFRP sargı macununun alan hesaplaması

Kapak kirişinin alt kenarına karbon fiber levha yerleştirilerek, yapısal nedenlerden kaynaklanan eğilme momenti taşıma kapasitesi telafi edilmiştir. Karbon fiber levhanın genişliği b 20 cm, elastiklik modülü Ef 2,4 * 105 M Pa ve tek katmanlı karbon fiber levhanın kalınlığı 0,167 mm'dir.

M=A_f*F_f*E_f(h-x/2)

İskele güçlendirmesi için 3.4 karbon fiber sargı

A) CFRP sargısı bantlı olmalı ve 3 kattan fazla olmamalıdır.

B) CFRP'nin elyafın kuvvet yönündeki bindirme uzunluğu 100 mm'den az olmamalıdır. Çok katmanlı veya çok katmanlı CFRP sargı kullanıldığında, bindirme konumları kademeli olmalıdır.

C) CFRP, elemanın (kesitin) dış pahını aşmak için kullanıldığında, yapıştırma işleminden önce elemanın kesit kenarı dairesel bir yüzeye cilalanmalıdır. Arkın yarıçapı 20 m'den az olmamalıdır.

D) Çok katlı CFRP ile güçlendirme yapılırken, CFRP sargısı kat kat kesilmeli, her katın kesme noktasında en dıştaki sıkıştırma şeridi kullanılmalı ve bağlama şekli içeride kısa, dışarıda uzun olmalıdır.

Köprü başlık kirişi güçlendirildiğinde, başlık kirişinin alt kenarına 20 m m genişliğinde üç kat karbon fiber sargı yapıştırılıp, dokuz kat enine yerleştirildiğinde, karbon fiber sargının kesit alanı 901,8 m > A f: 764,05 m olup, şartları sağlamaktadır.

Özet

Yukarıdaki girişten görülebileceği gibi, CFRP sargısının, orijinal yapıda herhangi bir hasar olmaması durumunda yetersiz donatıdan kaynaklanan ayak başlığı kirişlerinin yetersiz eğilme kapasitesi sorununu telafi edebileceği açıktır. Ayrıca, betonarme kirişler gibi diğer eğilme elemanlarının taşıma kapasitesini iyileştirmek için de faydalıdır. CFRP sargısının, inşaat koşulları ve inşaat teknikleri açısından katı gereklilikleri olduğu unutulmamalıdır. İnşaat kalitesinin sağlanması için, inşaatın deneyimli profesyonel inşaat birimleri tarafından ve her inşaat aşamasında kalite kontrol şartnamelerinin gerekliliklerine sıkı sıkıya uyularak tamamlanması gerekmektedir.