Öngerilmeli Beton Çok Kirişli Köprünün Güçlendirilmesi

Proje, İspanya'daki mevcut bir otoyol köprüsünü kapsamaktadır; yapı, yanındaki paralel taşıt yolu yapısının görülebildiği çift tabliyeli bir otoyolun parçasıdır. Üst yapı, yerinde döküm betonarme plaka ile kaplanmış, birbirine yakın aralıklı prefabrik öngerilmeli beton I-kirişlerden oluşan basit mesnetli açıklıklardan meydana gelir; her kiriş, betonarme duvar mesnetler ve ara pilye destekleri üzerine bağımsız olarak oturmaktadır. Bu, 1980'ler ve 1990'larda İspanyol otoyol ağında büyük sayılarda inşa edilen standart prefabrik-öngerilmeli köprü konfigürasyonudur.

On yıllar süren hizmetin ardından rutin muayene ve yapısal değerlendirme, kirişlerin mevcut trafik koşullarının gerektirdiği kapasitenin altında çalıştığını ortaya koydu. Mesnet yüzeylerinde uzun süreli su lekelenmesi ve tuz kusması görüldü — kiriş uçlarında yoğunlaşan yaşa bağlı nem maruziyetinin kanıtı — ve yük derecelendirmesi, kirişlerin hem açıklık ortası eğilme kapasitesinin hem de mesnetlere yakın kesme kapasitesinin günümüz taşıt yükleri için gerekenleri artık karşılamadığını doğruladı.

• Artan trafik yükleri: taşıt ağırlıkları ve trafik hacimleri, köprü tasarlanırken kullanılan varsayımların çok ötesine geçerek prefabrik kirişlerde çok az yedek kapasite bırakmıştır.

• Basit mesnetli bir sistemin süreklilik yedeği yoktur: sürekli tabliyelerin aksine her açıklık kendi yüklerini bağımsız olarak taşır — eğilme talebi açıklık ortasında, kesme talebi kiriş uçlarında zirve yapar ve komşu açıklıklar arasında yeniden dağıtım mümkün değildir. Kapasitelerden biri aşıldığında alternatif bir yük yolu kalmaz.

• Yaşa bağlı bozulma: mesnet bölgelerinde yıllar süren nem maruziyeti, betonu tam olarak kesme kuvvetlerinin en yüksek olduğu yerde zayıflatmıştır.

• Hizmet sürekliliği tartışmaya kapalıydı: değiştirme veya yeniden inşa söz konusu olamazdı. Otoyol kapanmalara tahammül edemezdi ve her çözümün tamamen tabliye altından uygulanması gerekiyordu.

Prefabrik kirişlerin CFRP ile yükseltilmesi — güçlendirme düzeni basit mesnetli kuvvet modeliyle doğrudan örtüşüyor: açıklık ortası eğilme talebi için boyuna karbon fiber plakalar, kesme talebi için uç bölgesi U-wrap karbon fiber.

Projede Horse Construction tarafından sağlanan, iki tamamlayıcı aşamada uygulanan kombine bir CFRP sistemi kullanılmıştır:

1. Üç kiriş yüzeyinde CFRP plakalar — eğilme güçlendirmesi

Pultrüzyon karbon fiber plakalar, yapısal plaka yapıştırıcısı ile her prefabrik I-kirişin üç yüzeyine yapıştırıldı: alt yüzey (pozitif eğilme altındaki çekme bölgesi) ve her iki gövdenin alt kısımları, açıklıklar boyunca boyuna uzanacak şekilde.

Alt yüzey plakaları harici çekme donatısı gibi davranır: yapıştırıldıktan sonra beton ve iç öngerilme çeliği ile uyum içinde şekil değiştirerek kirişin pozitif moment eğilme kapasitesini doğrudan artırır — basit mesnetli bir açıklığın ortasındaki belirleyici talep. Gövde yanındaki plakalar güçlendirilmiş çekme bölgesini büyütür ve alt yüzey–gövde köşelerindeki kuvvet geçişini iyileştirir. Fabrikada pultrüzyonla üretilen plakalar yüksek ve tutarlı fiber içerikleri nedeniyle seçilmiştir; uzun vadeli performansın homojen malzeme kalitesine bağlı olduğu yük taşıyan köprü elemanları için önemli bir husustur.

2. CFRP kumaş U-wrap uygulaması — kesme güçlendirmesi ve plaka ankrajı

Yapıştırılan plakaların üzerine, tek yönlü karbon fiber kumaş (HM-30, 300 g/m², kürlenmiş kalınlık 0,167 mm) ıslak lamine yöntemiyle U biçimli sargılar halinde uygulandı: reçineyle doyurulmuş kumaş kiriş alt yüzeyinin altından geçer ve her iki gövde boyunca yukarı uzanarak üç taraflı bir sınırlama bandı oluşturur. Tabliye plakası tam sargıyı engellediği için U-wrap, bu kiriş tipi için standart kesme konfigürasyonudur.

Sargılar aynı anda iki işlevi yerine getirir:

• Kesme donatısı — harici etriyeler gibi davranan sargılar, mesnetlere yakın gövdelerde gelişen diyagonal ana çekme çatlaklarını keserek kirişin kesme kapasitesini yükseltir. Sargılar, basit mesnetli açıklıkta kesme talebinin zirve yaptığı mesnet ve pilye bölgelerine doğru yoğunlaştırılmıştır — kiriş uçlarındaki daha yoğun güçlendirme kapsamında açıkça görülmektedir.

• Plakaların mekanik ankrajı — alt yüzey ve gövde plakalarının üzerinden kenetlenen U-wrap'lar, plaka ucu ve ara bölge ayrılmasını engelleyerek eğilme yükseltmesinin dayanıklılığını ve güvenlik payını önemli ölçüde artırır.

Yapıştırmadan önce alt tabaka kusurları onarılıp tesviye edildi, kumaşın büküldüğü yerlerde gerilme yoğunlaşmasını önlemek için gövde–alt yüzey birleşimlerine köşe pahları uygulandı ve reçine kürü sırasında kumaşı yerinde tutan geçici kamalarla betonla tam temas sağlandı.

Kombine plaka-ve-U-wrap sistemi, basit mesnetli prefabrik kirişlerin hem eğilme hem de kesme kapasitesini mevcut yükleme gerekliliklerini karşılayacak şekilde geri kazandırdı ve köprünün hizmet ömrünü, değiştirmenin maliyetinin ve yol açtığı kesintinin çok küçük bir kısmıyla uzattı.