تقوية وإصلاح جسر خرساني قديم

مقدمة موجزة عن تصميم مشروع إعادة بناء جسر علوي

يقع جسر جيان شيانغ العلوي عند تقاطع الطريق الدائري الشمالي الرابع مع طريق بادالينغ السريع في بكين. وقد اكتمل بناؤه عام ١٩٩٨. يتكون الهيكل العلوي للجسر من ستة امتدادات، طولها ١٨ مترًا، من الخرسانة مسبقة الإجهاد ذات عارضة بسيطة الدعم. يقع حزام العزل في المنتصف، وعلى جانبيه مساران للسيارات في اتجاهين. أما الجانبان الخارجيان، فهما مساران غير للسيارات بعرض ٥٥ مترًا. مع تزايد الكثافة السكانية، لا يلبي العرض الحالي للجسر احتياجات حركة المرور. ولضمان تحويل الطريق الدائري الرابع إلى طريق سريع حضري، من الضروري توسيع الجسر الحالي إلى ٧٢ مترًا على جانبيه الجنوبي والشمالي، وتحويل الجسور غير المخصصة للمركبات على كلا الجانبين إلى جسور طرق مساعدة، وبناء جسور جديدة غير مخصصة للمركبات. حاليًا، صُممت العارضة الرئيسية وعارضة غطاء الرصيف الأوسط للهيكل العلوي للجسر وفقًا لفئة السيارات - سوبر ٢٠ والمقطورة - ١٢٠. صُممت حمولة العارضة الرئيسية وعارضة غطاء الرصيف الأوسط للهيكل العلوي المقابل للمسار غير الآلي وفقًا لفئة السيارات - ١٥ والمقطورة - ٨٠، ويشترط أن تكون الحمولة من فئة السيارات - ٢٠ والمقطورة - ١٢٠ عند إعادة بناء جسر الطريق المساعد. حاليًا، تمت إزالة العارضة الرئيسية للجسر غير الآلي واستبدالها، ولكن لم يتم فصل عوارض غطاء الرصيف الأوسط للمركبات والمركبات، وهو هيكل متصل من الخرسانة المسلحة العادية بثلاثة امتدادات ومفصل واحد ذي مقطع عرضي متغير.

بعد الحسابات والمقارنة المتكررة، ومن أجل تقليل أعمال التعزيز في منطقة عزم الانحناء الموجب والسالب لعارضة الغطاء، من ناحية، يتم اتخاذ تدابير لتقليل الوزن الميت للجسر، ويتم تحويل السطح الخرساني إلى سطح خرساني خفيف الوزن (الوزن الوحدوي 19 كيلو نيوتن/م3). من ناحية أخرى، سيتم توسيع عرض عمود الرصيف تحت غطاء الرصيف الأوسط، وسيتم تقليل عزم الانحناء الموجب والسالب وقوة القص لعارضة الغطاء تبعًا لذلك. وبهذه الطريقة، يمكن أن يلبي تكوين التعزيز الحالي لعوارض الغطاء الجزئي للمركبات الآلية متطلبات التصميم، ويختلف إجهاد عوارض الغطاء الجزئي للطرق المساعدة المقابلة (الآن الجسور غير الآلية) بنسبة 10-15٪ عن متطلبات التصميم. لإنقاذ المشروع، وحرصًا على عدم تعطيل حركة المرور على الطريق الدائري الرابع، تم تعزيز وتقوية 20 منطقة عزم موجبة وسالبة للصفوف الخمسة من عوارض غطاء الجسر الأوسط، وذلك بموافقة الجهات المعنية. تبلغ مساحة عوارض غطاء الجسر 395 مترًا مربعًا.

مخطط التسليح واختيار المواد

مخطط التسليح الهيكلي

كان التصميم الأصلي لعوارض التغطية للركائز الوسطى عبارة عن عوارض تغطية غير مرئية، مما صعّب أعمال التسليح بشكل كبير. في البداية، تم اقتراح مخطط تسليح من الخرسانة المسلحة بألياف الفولاذ المرشوشة (SFRC) ولوح فولاذي خارجي. ونظرًا لأن نهاية العارضة الرئيسية تبعد 5 سم فقط عن الجانب الخارجي لعارضة الغطاء عند الامتداد، فإن جدوى المخططين أقل من محدودية مساحة البناء. وأخيرًا، تم اختيار نسيج ألياف الكربون أحادي الاتجاه لتسليح عارضة الغطاء. تتميز مادة البوليمر المقوى بألياف الكربون (CFRP) بقوة شد قصوى أعلى بعشر مرات من قوة قضبان الفولاذ العادية، كما أن معامل مرونتها مماثل لمعامل قضبان الفولاذ. وهي مناسبة لتسليح الهياكل الخرسانية المسلحة. كما أن بنائها بسيط ومناسب لأعمال التسليح التي تتطلب فترات بناء قصيرة.

اختيار المواد

في العامين أو الثلاثة أعوام الماضية، أدخلت الصين مركبات ألياف الكربون المصنعة في الولايات المتحدة واليابان، ونفذت بعض مشاريع التسليح، وحققت نتائج جيدة، إلا أن التكلفة العالية أثرت على الترويج والتطبيق. في الآونة الأخيرة، أرسى ظهور سلسلة محلية من أقمشة مركبات ألياف الكربون أساسًا لاختيار هذه المادة الهندسية. تتم مقارنة أقمشة ألياف الكربون مع الراتنج المطابق لها من شركة Horse Construction. يُصنع نسيج ألياف الكربون من أسلاك مستوردة عالية الجودة، تتميز بالموثوقية والثبات في الجودة وانخفاض التكلفة. اجتاز المنتج صرامة إدارة فحص الجودة الوطنية، ووصلت جميع مؤشرات الأداء إلى مستوى المنتجات المماثلة في الخارج.

تقنية بناء نسيج ألياف الكربون أحادي الاتجاه

لضمان تزامن عمل قضيب الفولاذ الأصلي المُجهَد وألياف الكربون المُقوّاة، يجب تقصير فرق الإجهاد والانفعال بين قضيب الفولاذ الأصلي ونسيج ألياف الكربون أحادي الاتجاه قدر الإمكان. يجب مراعاة إجراءات التفريغ عند تقوية الغطاء.