تغطية رصيف الجسر بلفائف من ألياف الكربون

١. المسح الهندسي

١.١ مسح الجسر

الجسر هو جسر رئيسي على طريق سريع. يتكون هيكله العلوي من عارضة صندوقية متصلة من الخرسانة مسبقة الإجهاد بأبعاد ٣ × ٢٥ مترًا. يتكون هيكله السفلي من دعامة عمودية وأساس ركائز. يبلغ الطول الإجمالي للجسر ٨٢ مترًا.

١.٢ معايير عوارض التغطية

يبلغ ارتفاع عارضة غطاء الدعامة ١.٥ مترًا وعرضها ١.٨ مترًا وطولها ١١.٣٩٣ مترًا. تم تركيب ٣٦ قضيبًا من نوع HRB335 على الحافة السفلية لعارضة الغطاء. بلغت قوة الخرسانة C35، وبلغ سمك الطبقة الخرسانية الواقية ٦ سم.

١.٣ عيوب عارضة التغطية

أثناء بناء عوارض غطاء الرصيف، لا يتوافق تصميم وتخطيط قضبان الفولاذ المجهدة مع بعضها البعض، ويتحرك جزء منها لأعلى، مما يؤدي إلى تقلص المسافة بين قضبان الفولاذ المجهدة والمحور المحايد وانخفاض قدرة تحمل الهيكل.

٢. أفكار للتسليح

بسبب خطأ في البناء، يتحرك التسليح الرئيسي للحافة السفلية لعارضة التغطية لأعلى، وتصبح قدرة انحناء الحافة السفلية لعارضة التغطية غير كافية. نظرًا لعدم فتح الجسر أمام حركة المرور، يمكن التفكير في لصق ألواح فولاذية ولفائف من ألياف الكربون على الحافة السفلية لعارضة التغطية لتعزيز الانحناء. من الضروري حفر ثقوب وتركيب مسامير على عوارض التغطية لتثبيت ألواح الفولاذ. يُعد الضرر الذي يلحق بالقضبان الخرسانية والفولاذية لعوارض التغطية الأصلية خطيرًا. يجب معالجة السطح المكشوف لألواح الفولاذ بانتظام بعد بناء ألواح الفولاذ الملتصقة. إن ربط غلاف ألياف الكربون لتعزيز هيكل عارضة الغطاء الأصلية لا يُسبب أي ضرر، فالبناء بسيط وسريع. بعد مقارنة طريقتي التعزيز، وهما لصق ألواح الفولاذ ولصق ألياف الكربون، اخترنا طريقة التعزيز بلصق ألياف الكربون.

3 تحليل الهيكل

المقطع العرضي لحزمة الغطاء: b*h=1800mm*1500mm.

f_sd=280Mpa,f_cd=161Mpa

في الحساب، يُراعى أن قدرة تحمل عارضة غطاء الرصيف الأصلية المُصممة تُلبي المتطلبات، وأن التسليح ليس سوى مُكمل جزئي لتقليل قدرة تحمل عارضة الغطاء الناتجة عن أخطاء البناء.

وفقًا للنظرية الأساسية للتصميم الإنشائي، تُحسب قدرة تحمل عزم الانحناء لعارضة الغطاء الأصلية المُصممة وعارضة الغطاء المُكتملة. الفرق بينهما هو قيمة عزم الانحناء التي يجب تقويتها بلصق غلاف CFRP. يمكن حساب مساحة المقطع العرضي لغلاف ألياف الكربون باستخدام الصيغة الأساسية لميكانيكا المواد.

3.1 حساب قدرة تحمل العزم لحزمة الغطاء في التصميم الأصلي

3.1.1 حساب ارتفاع منطقة الضغط: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 ).}

لن يحدث انحناء زائد للعارضة.

3.1.2 قدرة تحمل عزم الانحناء لعارضة الغطاء في التصميم الأصلي

قدرة تحمل عزم الانحناء لعارضة الغطاء في التصميم الأصلي:

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．

٣.٢ حساب قدرة تحمل العزوم لعارضة التغطية الفعلية في منتصف الامتداد

٣.٢.١ حساب ارتفاع منطقة الضغط:x^'

M_u=f_sd*As(h₀*x/2)

x=291.8mm

3.2.2٢.٢ قدرة تحمل العزوم الفعلية لعارضة التغطية في منتصف الامتداد

قدرة تحمل العزوم الفعلية لعارضة التغطية في منتصف الامتداد: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

الحجم الفعلي أصغر من الحجم المصممM_u. M_u-Mu^'=7 979-7 l10 =869 k N ·m ．

٣.٣ حساب مساحة عجينة لفّ ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون (CFRP)

بوضع لفّ ألياف الكربون على الحافة السفلية لعارضة الغطاء، يتم تعويض قدرة تحمل عزم الانحناء الناتجة عن عوامل البناء. يبلغ عرض لفّ ألياف الكربون (b) ٢٠ سم، ومعامل المرونة (Ef) ٢.٤ × ١٠٥ مولار باسكال، وسمك طبقة ألياف الكربون المفردة ٠.١٦٧ مم.

M=Af*Ff*Ef(h-x/2)

٣.٤ لفّ ألياف الكربون لتقوية الدعامات

أ) يجب أن يكون لفّ ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون مُشَكَّلاً بأشرطة، ويجب ألا يزيد عن ثلاث طبقات.

ب) يجب ألا يقل طول تداخل ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون على طول اتجاه قوة الألياف عن ١٠٠ مم. عند استخدام لفّ ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون متعدد الطبقات، يجب أن تكون مواضع التداخل متدرجة.

ج) عند استخدام ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون لتغليف الحافة الخارجية للعنصر (المقطع)، يجب صقل حافة المقطع لتُصبح سطحًا دائريًا قبل اللصق. يجب ألا يقل نصف قطر القوس عن ٢٠ مم.

د) عند التقوية باستخدام ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون متعدد الطبقات، يجب قطع لفّ ألياف الكربون المقواة بألياف الكربون طبقة تلو الأخرى، ويجب استخدام شريط الضغط الخارجي عند نقطة قطع كل طبقة، ويجب أن يكون وضع الترابط قصيرًا من الداخل وطويلًا من الخارج.

عند تقوية شعاع غطاء الجسر، يتم لصق ثلاث طبقات من لف ألياف الكربون بعرض 20 م على الحافة السفلية لشعاع الغطاء، ويتم ترتيب تسع طبقات بشكل عرضي، ثم تكون مساحة المقطع العرضي لغلاف ألياف الكربون 901.8 م > أ ف: 764.05 م، وهو ما يلبي المتطلبات.

ملخص

من خلال المقدمة السابقة، يتضح أن ربط غلاف CFRP يُعوّض عن مشكلة ضعف قدرة تحمل عوارض غطاء الدعامة نتيجةً لضعف التعزيز، وذلك في حال عدم حدوث أي ضرر للهيكل الأصلي. كما يُفيد في تحسين قدرة تحمل عناصر أخرى قابلة للانحناء، مثل عوارض الخرسانة المسلحة. تجدر الإشارة إلى أن ربط CFRP يخضع لمتطلبات صارمة تتعلق بشروط وتقنيات البناء. ولضمان جودة البناء، يجب أن تُنجز أعمال البناء بواسطة وحدات بناء متخصصة ذات خبرة واسعة، مع الالتزام الصارم في كل مرحلة من مراحل البناء بمتطلبات مواصفات مراقبة الجودة.