تقوية جسر خرساني مسبق الإجهاد متعدد الجسور

يتعلق المشروع بجسر طريق قائم في إسبانيا، وهو جزء من طريق سريع ذي سطح مزدوج مع ظهور هيكل المسار الموازي بجواره. تتكون البنية الفوقية من بحور بسيطة الإسناد تتشكل من جسور خرسانية مسبقة الإجهاد مسبقة الصب على شكل حرف I متقاربة، تُغطى ببلاطة خرسانية مسلحة مصبوبة في الموقع؛ يستند كل جسر بشكل مستقل على دعامات جدارية خرسانية مسلحة ودعامات أعمدة وسيطة. هذا هو التكوين القياسي للجسور مسبقة الصب والمسبقة الإجهاد الذي شُيّد بأعداد كبيرة عبر شبكة الطرق السريعة الإسبانية خلال الثمانينيات والتسعينيات.

بعد عقود من الخدمة، أظهر الفحص الدوري والتقييم الإنشائي أن الجسور تعمل دون السعة التي تتطلبها ظروف المرور الحالية. أظهرت واجهات الدعامات بقع ماء وتزهرات طويلة الأمد — دليل على التعرض للرطوبة المرتبط بالعمر والمتركز عند نهايات الجسور — وأكد تصنيف الأحمال أن كل من سعة الانحناء عند منتصف البحر وسعة القص قرب الدعامات لم تعد تفي بمتطلبات أحمال المركبات الحالية.

• تزايد أحمال المرور: تجاوزت أوزان المركبات وأحجام المرور الافتراضات المستخدمة عند تصميم الجسر بمراحل، مما لم يترك سوى سعة احتياطية ضئيلة في الجسور مسبقة الصب.

• النظام بسيط الإسناد لا يملك احتياطياً للاستمرارية: بخلاف الأسطح المستمرة، يحمل كل بحر أحماله بشكل مستقل — تبلغ ذروة طلب الانحناء عند منتصف البحر وذروة طلب القص عند نهايات الجسر، دون إمكانية إعادة التوزيع بين البحور المتجاورة. بمجرد تجاوز أي من السعتين، لا يوجد مسار حمل بديل.

• التدهور المرتبط بالعمر: أدى التعرض للرطوبة لسنوات في مناطق الدعامات إلى تدهور الخرسانة تحديداً في الموضع الذي تكون فيه قوى القص في أعلى مستوياتها.

• كانت استمرارية الخدمة غير قابلة للتفاوض: فالاستبدال أو إعادة البناء كان خارج النقاش. لم يكن بمقدور الطريق السريع تحمّل الإغلاقات، وكان يجب تنفيذ أي حل بالكامل من أسفل السطح.

ترقية الجسور مسبقة الصب باستخدام CFRP — تخطيط التقوية يتطابق مباشرة مع نمط القوى في النظام بسيط الإسناد: صفائح ألياف كربون طولية لطلب الانحناء عند منتصف البحر، و U-wrap من ألياف الكربون في منطقة النهايات لطلب القص.

يستخدم المشروع نظام CFRP مجمعاً من Horse Construction، يُطبّق على مرحلتين متكاملتين:

1. صفائح CFRP على ثلاثة أوجه للجسر — تقوية الانحناء

تم لصق صفائح ألياف الكربون المسحوبة (pultruded) بمادة لاصقة إنشائية للصفائح على ثلاثة أوجه من كل جسر على شكل حرف I مسبق الصب: السطح السفلي (منطقة الشد تحت الانحناء الموجب) والأجزاء السفلية من كلا الوترين، ممتدة طولياً على امتداد البحور.

تعمل صفائح السطح السفلي كتسليح شد خارجي: بعد اللصق، تنفعل بتوافق مع الخرسانة وحديد الإجهاد المسبق الداخلي، مما يزيد مباشرة سعة انحناء العزم الموجب للجسر — الطلب الحاكم عند منتصف البحر بسيط الإسناد. تعمل الصفائح الجانبية للوتر على توسيع منطقة الشد المقواة وتحسين انتقال القوى حول زوايا السطح السفلي–الوتر. تم اختيار الصفائح المسحوبة في المصنع لمحتواها العالي والمتسق من الألياف، وهو اعتبار مهم لعناصر الجسور الحاملة التي يعتمد أداؤها طويل الأمد على تجانس جودة المواد.

2. U-wrap من قماش CFRP — تقوية القص وتثبيت الصفائح

فوق الصفائح الملصوقة، طُبق قماش ألياف كربون أحادي الاتجاه (HM-30، 300 غ/م²، سماكة بعد المعالجة 0,167 مم) بطريقة التشريب الرطب (wet lay-up) على شكل أغلفة حرف U: يمر القماش المشبع تحت السطح السفلي للجسر ويمتد صعوداً على كلا الوترين، مشكلاً حصراً ثلاثي الأوجه. ونظراً لأن بلاطة السطح تمنع التغليف الكامل، فإن U-wrap هو تكوين القص القياسي لهذا النوع من الجسور.

تؤدي هذه الأغلفة وظيفتين في آن واحد:

• تسليح القص — تعمل الأغلفة كركانات خارجية، فتعترض الشقوق القطرية للشد الرئيسية التي تتطور في الوترين قرب الدعامات، مما يرفع سعة القص للجسر. تتركز الأغلفة نحو مناطق الدعامات والأعمدة، حيث يبلغ ذروة طلب القص في البحر بسيط الإسناد — وهو ما يتضح جلياً في كثافة التقوية الأعلى عند نهايات الجسور.

• التثبيت الميكانيكي للصفائح — من خلال الإطباق على صفائح السطح السفلي والوتر، تحدّ U-wrap من انفصال نهايات الصفائح والانفصال المتوسط، مما يُحسّن بشكل كبير متانة وهامش أمان ترقية الانحناء.

تم إصلاح وتسوية عيوب السطح قبل اللصق، وطُبقت شرائح زوايا عند وصلات الوتر–السطح السفلي لتجنب تركيز الإجهادات حيث ينثني القماش، وثبّتت أسافين مؤقتة القماش في مكانه أثناء معالجة الراتنج لضمان التماس الكامل مع الخرسانة.

استعاد نظام الصفائح و U-wrap المجمع كل من سعة الانحناء وسعة القص للجسور مسبقة الصب بسيطة الإسناد لتلبية متطلبات الأحمال الحالية، مما أطال عمر خدمة الجسر بجزء بسيط من تكلفة الاستبدال وما يسببه من تعطيل.