Genel bakış

Köprülerin yaşlanması ve yıkılması dünya çapında bir sorundur. Yaşlanmanın ana faktörleri şunlardır: yaş, ulaşım ve çevre etkisi (yağmur suyu, eriyen su tuzu vb.), bunların arasında ağır kamyonların döngüsel yükü önemli faktördür. Araçların tekrarlanan yüklenmesi köprü güvertesinin yorgunluk arızasına neden olur. Yaşlanma köprülerini güçlendirmek için karbon fiber güçlendirilmiş polimer (CFRR) kullanımı popüler hale geldi. CFRP'nin birçok avantajı vardır: yüksek bir "güç-ağırlık" oranı, güçlü korozyon direnci ve yorgunluk direnci, basit yapı ve düşük maliyete sahiptir.

Son on yılda, büyük araçların ortaya çıkması ve trafiğin artması nedeniyle, otoyol köprülerinin yorgunluk sorunu öne çıkmaya başladı. Ülkemizde otoyol köprülerinin yorgunluk sorunu hakkında çok az araştırma var ve CFRP takviyesinden sonra yorgunluk konusunda daha da az araştırma var. Geçmişte, CFRP takviyesi çoğunlukla pozitif bükme anı alanındaydı ve negatif bükme anı alanında çok az takviye vardı. Negatif bükme anı alanının beton koruyucu katmanında yuvalanma, daha sonra karbon lif tabakalarını gömülme ve epoksi reçine ile bağlanma, negatif bükme anı alanının takviyesi tamamlanır. Burada, güçlendirilmiş köprü üyelerine statik ve yorgunluk yükleri uygulanır ve takviylenmeden önce ve sonra taşıma kapasitesi ve yorgunluk performansı karşılaştırılır ve analiz edilir.

CFRP ile takviyeli beton üyelerin yorgunluk direnci büyük ölçüde geliştirilmiştir. CFRP'nin yorgunluk direnci, matris malzemesi ve takviyelendirici lifleri tarafından belirlenen bileşimiyle ilişkilidir. Karbon fiber iyi yorgunluk direncine sahiptir. Bu nedenle, beton üyeleri güçlendirmek için kullanıldığında, yorgunluk hasarına neden olmayacaktır. Bununla birlikte, yorgunluk yükü arttıkça, yapı hasar biriktirecek ve sonunda yorgunluk arızasına neden olur. CFRP ve beton arasındaki temas arayüzünün yaşlanması da takviye sisteminin yorgunluk performansını etkileyecektir. Stres değişiminin büyüklüğü bileşenin yorgunluk ömrünü büyük ölçüde etkiler. Güçlendirilmemiş bileşenler çelik çubukların gerilimini azaltacaktır ve arıza modu CFRP soyulur.

Test

Takviye etkisini gözlemlemek için test yöntemi üç duruma ayrılır:

 (1) Yapının taşıma kapasitesini test etmek için cantilever köprü güvertesi statik yük altında yok edilir;

 (2) Kantilever köprü güvertesi 360.000 yorgunluk yükünü taşır ve yapının yorgunluk direncini gözlemler;

 (3) Başarısızlığa kadar sırasıyla iki ardı sıra negatif bükme momenti alanında statik yük ve döngüsel yük uygulayın ve gömülü yöntemle takviye etkisini gözlemleyin.

Malzeme

Beton 28d, 26MPa'nın bir mukavemetine, 1.9MPa'nın bir çekme mukavemetine ve 33GPa'nın bir esneklik modülüne sahiptir. Çelik çubuğun verim gücü 350MPa ve elastik modülü 206GPa'dır. CFRP kompozit malzemesi, fabrika tarafından prefabrik edilmiş bitmiş bir levha olan karbon lif güçlendirilmiş epoksi reçinesidir. CFRP'nin çekme mukavemeti 2664MPa'dır, elastik modülü 188GPa'dır ve nihai uzunlama% 1,42'dir. Epoksi reçine yapışkanının basınç mukavemeti 79MPa, çekme mukavemeti 37MPa, elastik kalıp 5.8GPa ve doğrusal genişleme katsayısı 38X10-6'dır.

Örnek

Gömülü CFRP, negatif bükme momenti alanında takviye için kullanılır. Biri bir cantilever köprü güvertesi, diğeri ise sürekli bir kiriştir. Beton koruyucu katman 30-40mm'dir ve negatif bükme momenti alanı, takviye için tek katmanlı bir CFRP şeridi ile gömülüdür. 10 cm genişliği ve 0,5 cm derinliği olan beton koruyucu katmanın ilk yuvası. Oluk epoksi reçinenin bir parçası ile doldurun, ardından CFRP şeridi ekleyin ve ardından onu yumuşatmak için epoksi reçine ile doldurun. CFRP şeridinin kesit boyutu 5cm × 0.12cm'dir.

Deneysel prosedür

Güçlendirilmemiş üyeler için çatlama momenti 20,6 kN·m'dir; Güçlendirilmemiş üyelerin son bükme momenti 66,8 kN·m ve güçlendirilmiş üye 112,5 kN·m'dir. Ayrıca, negatif bükme momenti alanı CFRP ile gömülmüş olduğundan, bükme momentinin zirve değeri azalır, gerilim yeniden dağıtılır ve çatlaklar daha dağılır ve daha düzenlidir. Bileşen güçlendirilmediğinde, yorgunluk yükü sadece 6000 döngüye ulaştığında, hasar birikimi hızlı bir şekilde artar ve sapma artar. CFRP takviyesi kullanıldıktan sonra, hasar birikimi yavaş hale gelir, 240.000 döngü biliyor. Bu, negatif bükme momenti takviyesinin yapının hizmet ömrünü artırdığı anlamına gelir.

Özet ve Sonuç

Şu anda eski köprülerin takviyesinin çoğu olumlu bükme anına yöneliktir ve karbon fiber kumaşla yapıştırılır. Kiriş altı yöntemi çok popülerdir, ancak negatif bükme anını güçlendirmek genellikle yardımsızdır. Negatif bükme momenti alanında güçlendirmek için karbon plaka gömülme yöntemini kullanmak çok basit ve çok etkili bir yöntemdir. Sonuçlar deneysel gözlem yoluyla aşağıdakilerdir:

 (1) Kantilever plakanın negatif bükme momenti alanı gömülü karbon fiber levhala güçlendirildikten sonra, nihai bükme direnci% 68,4 artar. Negatif bükme momenti çatlakları temelin üstünde küçük ve düzenlidir. Bunlar karbon fiber tahtanın kredileridir.

 (2) Kantilever plakanın negatif bükme momenti alanı, yorgunluk yükünün etkisi altında güçlendirilmediğinde, bileşenin hasarı hızlı bir şekilde birikmektedir ve hızlı bir şekilde yorgunluk sınırına ulaşır ve başarısız olur. Gömülme yöntemiyle takviye edildikten sonra hasar birikme oranı büyük ölçüde yavaşladı. Gömülü karbon fiber levhasının kendisi açık hasar belirtileri yoktur, çatlakların dağıtımını ve gelişimini etkili bir şekilde kontrol ediyor. Güçlendirilmiş yapının yorgunluk ömrü% 25 arttırılabilir.

 (3) Sürekli kiriş negatif bükme anı ile güçlendirildikten sonra, yorgunluk yükünün etkisi altında hasar birikimi çok yavaş hale gelir ve yorgunluk ömrü güçlendirilmemiş kirişin 10 katından fazladır.

 (4) Güçlendirilmemiş miktarın yorgunluk arızası, çelik çubukların ilk olarak kırılması ve güçlendirilmiş kirişlerin ilk olarak CFRP tarafından açılmasıdır, bu da çelik çubukların gerilimini etkili bir şekilde azaltır.