מדוע פולימרים מונעים את עצמם משנים את תיקון גשר טרוס

גשרים טרוס הם עמוד השדרה של רשתות תחבורה רבות, ביצוע תנועה בכביש ומסילות רכבת על נהרות, עמקים, ומכשולים אחרים. אלה פלדה או מבני עץ, בעוד חזק מטבעם, פנים חשיפה ללא רחמים למזג אוויר, עומסים כבדים, וזמן. קורוזיון באנשי פלדה, עייפות סדק במפרקים, ופגיעה של כלי רכב ממעל ל-height הם בעיות נפוצות כי הביקוש יעיל, לתקן פתרונות יקרים, כלומר, שיבושים ארוכים יותר, אפילו קיבולת גבוהה יותר, חסימתיים, לעתים קרובות, חסימתיים, חסימת חירום, חסומים, חסומים, חסומים, חסומים, חסימתיים, חסימתיים, חסימתיים, אפילו קיבולת גבוהה יותר, חסועתיים, חסומים, חסועת, חסומים, לעתים קרובות, חסומים של מחזוריכים של כלי רכב מתוחכמות גבוהה יותר, פצעים קצרים, פצעים קצרים, עלולים, לעתים קרובות, קשה יותר, חסומים, ונזקים, עלולים, חסוכים, ירידה של כלי רכב מתוחכמות גבוהה יותר, קשה יותר, עלולים, עלולים, קשה יותר, ממושכים, ממושכים, ירידה של כלי רכב מתוחכמות גבוהה יותר, ירידה מהירה יותר, ירידה

המעבר לקראת FRPs בהנדסת הגשר אינו מזועזע - זוהי תגובה מעשית לצורך הדוחק לשיקום תשתיות.עם יותר מ-40% מהגשרים בארה"ב מעל 50 שנים ורבים מדורגים באופן מבני, סוכנויות תחבורה מחפשים אחר שיטות תיקון מהירות וארוכות טווח.FRPs מתאימים להצעת החוק: הם קלים, קלים לטיפול באתר, חסיניים לקורטרוסים שחוקרים את היתרונות של המדעים האלה, מאחוריהם, מאחורי ה-FRPs, ו-PRPs, עומדים מאחורי העלולים של הגשרים האמיתיים.

מה הם פולימרים מונעים?

פולימרים מאוגדים בסיבים הם חומרים מורכבים שנוצרו על ידי הטמעת סיבים גבוהים בתעשיית הפולימרים של שרף פולימר.הסיבים מספקים כוח רבייה ונוקשות, בעוד השרף נקשר את הסיבים יחד, מעביר עומסים ביניהם, ומגן עליהם מפני התקפה סביבתית.התוצאה היא חומר שניתן להנדס כדי לבצע טוב יותר מאשר פלדה על בסיס פאונד.

סוגים של סיבים

  • (FLT:0) קרן קימבברסFLT:1 מציע את הכוח הרבני הגבוה ביותר ואת הנוקשות, עמידות עייפות מעולה, ומצמרון נמוך מאוד.הם הבחירה הנפוצה ביותר עבור רטרוfitting בכבדות של חברי גשר, אם כי הם יקרים יותר מכוס.
  • (FLT:0Glass סיבים סיביים FLT:1 (E-glass או S-glass) מספקים כוח טוב בעלות נמוכה יותר.הם משמשים נרחב עבור עמודות עטיפה, חיזוק לוחות הסיפון, והגנה על פלדה מפני חשיפה chloride. שלהםמודולו הנמוך יותר הופך אותם פחות אידיאליים עבור שליטה על השתקפות של חברים מזחלים.
  • (FLT:0) סיבירמיד (FLT:1) מציעים עמידות השפעה גבוהה והם משמשים לעתים קרובות היכן קשיחות היא קריטית, אבל הם סופגים לחות יותר מאשר פחמן או זכוכית, והם רק לעתים נדירות הבחירה הראשונה עבור תיקונים מבניים גשר.

« « « « « « «

מערכת השרף יכולה להיות תרמוסט כגון epoxy, Polyester, או vinyl ester, או תרמופלסט כמו פוליפרופילן או ניילון. עבור יישומי גשר, thermosets - במיוחד epoxies - דומיננטיים בגלל הכוח הגבוה שלהם, עצב מעולה פלדה בטון, והתנגדות גבוהה יותר לכימיקלים ולחות.

ייצור טפסים

FRPs זמינים כמו פרופילים מפוצצים (מסומנים פתורים, פסים או צורות מותאמות אישית), כמו בדים רטובים או pre-reg (preg) הסדינים, וככאלה pre-cured laminates. עבור תיקונים של truss Bridge, סיבי פחמן רטובה מונחה נפוצים ביותר כי הם מתאימים גיאומטריה לא סדירה - כגון flanges ו-ss של צינורות קיימים, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יכול להיות בשימוש על ידי פחמן, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 מוקדם יותר, 000, 000 מוקדם יותר, 000, 000, 000, 000, 000 000, 000 מוקדם יותר, 000 מוקדם יותר, 000 מוקדם יותר, 000, 000, 000, 000, 000 000 000 000 000, 000 000 000 000 000, 000, 000, 000 000 000 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 000 000 000 000 000, 000 000 000 000 000 000 000

יתרונות מרכזיים של FRPs עבור תיקון גשר Truss

FRPs מציעים שילוב של יתרונות כי חומרי תיקון מסורתיים לא יכול להתאים.יתרונות אלה מתרגמים לפרויקטים מהירים יותר, בטוחים יותר ויעילים יותר.

1 התנגדות קורוזיה

חברי גשר פלדה פגיעים לחלודה - במיוחד בסביבות ימיות, ריסוס מלח, ואזורי השפלה גבוהה.קורוזיה מפחיתה את החלקה הנקי של חבר, מחליש קשרים, ויכול להוביל לכישלון פתאומי אם לא ניתן לספוג את ה-FRPs, בניגוד, הם ללא מטבוליים באופן טבעי ולא מקולקל.

משקל אור ואאז של מתקן

גליונות סיבי פחמן שוקלים כ-200-600 גרם / m2, חלק מהמשקל של צלחות פלדה של כוח שווה ערך.טכנאי אחד יכול לשאת רולים של בד FRP לאתר תיקון ללא עקרה.זהו משתנה משחק עבור גשרים הדר שבו הגישה מוגבלת - יותר מים, באזורים עירוניים הדוקים, או שבו יש צורך למנוע שימוש בציוד כבד.

3.עוצמה גבוהה ל-Weight Ratio

שכבת יחיד של מרק פחמן חד-צדדי יכול לספק כוח רב-עוצמה שווה ערך לצלחת פלדה עבה של 3 מ"מ תוך הוספת עומס מת רשלני למבנה.זה קריטי על גשרים הדרים, שבו משקל עצמי הוא כבר חלק משמעותי של עומס העיצוב. overloading הגשר עם כתמים פלדה כבדים יכול לדחוף אותו מעבר ליכולת המקורית שלה חברים אחרים.

« Fatigue & Cyclic Load Resistance

גשרים של טרוס רואים מיליוני מחזורי טעינה על חייהם. חברי פלדה יכולים לפתח סדקים עייפות בריכוזי מתח, במיוחד בחיבורים מרוסנים או מחוסנים.סיבים פחמן יש התנגדות מעולה - הם יכולים לשרוד מיליוני מחזורים ברמות לחץ גבוהות ללא השפלה.דבונד FRP גם לעזור להפיץ מתחים מחזוריים הרחק מ עשבי נשימה קריטיים, להאריך את העייפות של החיים של הדרים שלמים.

הסתגלות לתרכובת Geometries

גשרים טרוס יש הרבה פרטים ייחודיים חיבור - צלחות גוויות, ברים lacing, חיבורי סיכה, וחברים מעוקלים. תיקונים פלדה prefabricated קשה להתאים בדיוק לצורות אלה.Wet להניח FRP יכול להיות לחתוך באתר ועטוף בכל קוטור - אפילו בתוך חברי ארגז סגורים או סביב rivets מבלי להסיר אותם.

6.צמצום פערי התנועה ועלויות החיים

מכיוון שתיקוןי FRP מהירים ודורשים ציוד מינימלי, ניתן לשמור על סגירת נתיבים קצרים – לעתים קרובות בין לילה או בסופי שבוע.עלויות עיכוב המשתמש הננמנעות יכולות להיות עצומות.יתר על כן, תחזוקה ארוכת טווח של FRP היא מינימלית: לא ציור, שום הגנה קטוודית, לא מברג תקופתי זמן.העלות הראשונית של סיבי פחמן היא לעתים קרובות מתבטלת על ידי חיסכון בהתקנה ומרווחה לפני התיקון הבא.

יישומים מעשיים ב- Trus Bridge Fixs

FRPs אינם מוגבלים לסוג אחד של תיקונים.מהנדסים מוצאים דרכים חדשניות ליישם אותם בכל המבנה.

חיזוק חברי ה- Tension and Compression

עבור חבר הדרים שאיבד את החלקה בשל קורוזיה או זה צריך לשאת עומסים גבוהים יותר, סידיני סיבים חד-צדדיים של פחמן מחובר בצד המתח של החבר (התחתית או דיאגונל במתח) או עטוף סביב חברי דחיסה לספק הגבלת ושיפור עמידות קריסה.במקרים רבים, ה-FRP משמש בשילוב עם כמות קטנה של זווית חיצונית או ליצור מערכת היברידית.

תיקון לוחות גוסט וחיבורים

צלחות גוסט - לוחיות הפלדה המחברות חברים בפאנל נקודות - הם לעתים קרובות האתר של סדקים עייפות. פטנג עם פלדה דורש קידוחים חדשים, אשר יכול עוד מחליש את הצלחת. a FRP overlay מחובר על כל שטח הצלחת הגוססת, מתפתל סדקים והובלת עומס סביב אזורים פגומים.

עקבו אחרי Steel Jacketing

בחלק מהגשרים הישנים יותר, החלקים הנמוכים של חברי אנכיים מוצצים בטון כדי להגן מפני השפעה. כי בטון יכול לספוג, למלכוד לחות נגד הפלדה.FRP עטיפה מוחל ישירות על הבטון הקיים ופלדה, חותם המערכת ולהוסיף כוח הרופ כדי למנוע הידרדרות נוספת.

החלפת חברי הקבוצה עם FRP Shapes

עבור חברים משניים קשים (wind bracing, מאוחר יותר, מתפתל, מסגרת sway), מהנדסים לפעמים להסיר את הפלדה הישנה ולהחליף אותה עם צורות מחוספסות זכוכית.אלה הם תקועים במקום באמצעות מזרזי נירוסטה. בעוד שלא נפוץ עבור חברים ראשוניים עומס, גישה זו מבטלת קורוזיה עתידיים במקומות קשים-לעין.

עקבו אחרי FRP Tendons

בגשרים של הדרים הסובלים משיטה מוגזמת, נוטה חיצוני לאחר לחץ דם עשוי סיבים פחמן (CFRP) ניתן להוסיף.הנטינים האלה לרוץ לאורך ה אקורד התחתון והם מתוחים כדי להציג סומב ולהקטין את רמות הלחץ. CFRPons הם קלים יותר מאשר פלדה, אין בעיות קורוזיה, וקלים יותר להתקין בחללים מוגבלים.

השוואות עם שיטות תיקון מסורתיות

בכל פעם שבעל הגשר רואה את FRP, הם חייבים לשקול אותו נגד פלדה או תיקון קונקרטי.השולחן מתחת לסכמת הבדלים מרכזיים:

  • (ב) ⁇ :0) ⁇ : עלות החומר נמוכה, אך כבדה, דורשת עבודה חמה, לעתים קרובות זקוקה לתמיכה זמנית, והקורוזיה העתידית היא עדיין בעיה.
  • (FLT:0) תחליף חבר חבר סטל: 1FLT 103 עולה מאוד גבוה בשל שליטה על התנועה, הרמת ערן, זמן ייצור ועיצוב חיבור חדש.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ : ⁇ 1 (ב) מוסיף עומס מת ענק, עלייה בגודל של סעיף, אינה עוזרת עם מתח, ויכולה למלכוד לחות שמובילה לשחיתות חבויה.
  • (FLT:0)FRP עטיפה או חיבור: FLT:1 עלות חומרית גבוהה יותר ל פאונד, אך עלות עבודה נמוכה, שיבוש תנועה מינימלי, תוספת עומס מת רשלנית, ללא קורוזיה, וחיים ארוכים.

ניתוחי עלות מחזור חיים מראים באופן עקבי כי תיקון FRP הופך לחיובי בתוך 10-15 שנים, והם לעתים קרובות הבחירה הכלכלית ביותר עבור גשרים עם 20 שנים של חיי שירות שנותרו.

לימודי מקרה נבחרים

I-35W Bridge Reשיקום, מיניאפוליס

לאחר קריסת האסון של גשר הנהר המיסיסיפי I-35W בשנת 2007, המבנה החלופי (פותח 2008) השתמש בעיצוב סיפון עם שימוש משמעותי של FRP בסיפון הגשר. בעוד שלא תיקון ל-S, הפרויקט הראה את הכדאיות של יישום FRP בקנה מידה גדול בגשרים של truss.FRP שקל פחות מאלטרנטיבה קונקרטית, צמצום העומסים על ה- אגודות ו-reative Association.

כביש 82 גשר מעל נהר פוקווקי, מרילנד

בשנת 2015, מנהל כביש מרילנד השתמש בד סיבים פחמן כדי לתקן את חברי פלדה מקודדים על היסטורי באמצעות גשר הדרים. על ידי עוטפת 20 חברים עם שתי שכבות של סיבים פחמן, הגשר שוחזר לדירוג המטען המקורי שלו מבלי לשנות את המראה שלו - חשוב עבור המעמד ההיסטורי שלה.התיקון לקח שלושה שבועות במקום ארבעה חודשים המשוערים להחלפת פלדה, חיסכון של 1.2 מיליון דולר.

גשר מס' 34 מעל נהר פוקס, ויסקונסין

גשר פוני 120 מטר הסובל מאובדן חלקים חמור ב אקורדים הנמוכים היה נסוג עם שילוב של לוחיות סיבי פחמן מקושרים ו רצועות זכוכית מחוספסות.התיקון החזיר קיבולת עומס מלאה וסילק את הצורך בעומס.לאחר חמש שנים של מעקב, לא נצפו כל השפלה של המערכת המורכבת.

דוגמאות אלה ממחישות כי תיקונים FRP אינם ניסיוניים – הם מוכחים בפרויקטים של תשתיות אמיתיות, לעתים קרובות בתנאים אגרסיביים של שדה.

שיקולים ואתגרים

למרות היתרונות שלה, תיקון גשר FRP דורש הנדסה זהירה.הקשר בין המורכב לבין תת-קרקעית פלדה הוא חיוני - הכנה על פני השטח חייב להיות עד גמר מתכת לבן (ניקוי פיצוץ לבן-לבן, SSPC-SP10) כדי להשיג דבקות אמינה.כל שמן, עפר, או חלודה יפתרו את האג"ח.בנוסף, ה-epoxy adhesive המשמש לחיבור הוא רגיש לטמפרטורה ולחות במהלך ריצה קרה; או טמפרטורה; או טמפרטורה; יכול לעכב את העבודה קר;

התנגדות אש היא דאגה נוספת. רפינים פולימר יכולים לרכך או לשרוף בטמפרטורות גבוהות, אם כי ציפויים אינפומונים יכולים לספק עד שעתיים של הגנה. עבור גשרים במנהרות או ליד חומרים דליקים, הגנה נוספת באש עשויה להיות הכרחית.

קרינה UV יכולה להפיג את השרף במשך שנים רבות, אבל רוב מערכות FRP מכוסות עם גביית UV עמידת UV או צבע.בדיקה רגילה של פני השטח המורכב עדיין צריך.

לבסוף, חוסר הדוקטרינה ב-FRP (הוא מתנהג בצורה ליניארית-אלסטית עד כישלון) פירושו שהמהנדסים חייבים לתכנן עבור שכבות מרובות של בטיחות.המכון האמריקאי לקונקרטט (ACI 440.2R) והפדרציה הבינלאומית לקונקרטקט סטרקטי (Fib Bulletin 14) מספקים הנחיות לתכנון ולשליטה איכותית.

פיתוח עתידי ו- Outlook

תחום תיקון גשר FRP מתקדם במהירות.חוקרים מפתחים סיבים היברידיים, שבו פחמן וזכוכית משולבים כדי לייעל את העלות ואת הביצועים.עצמים מעכבים שיכולים לזהות או להזיק באמצעות שינויים בהתנגדות חשמלית נבדקים. "חכמים" אלה FRPs יכול יום אחד לספק ניטור בריאות מבני בזמן אמת ללא התקנה נפרדת.

כיוון מבטיח נוסף הוא השימוש של חזרות המבוססות על ביולוגית הנגזרות משמן צמחי, אשר מפחית את טביעת הרגל של פחמן של חומרי תיקון.מחזור של פסולת FRP הוא גם מטופלים - תהליכים תרמיים וכימיקליים יכולים לשחזר סיבים, מה שהופך את החומר ליותר בר קיימא.

ככל שמאגרי הגשר של ארה"ב והגלובליים ממשיכים להיות בגיל, הביקוש לפתרונות תיקון מהירים, יציבים וחסכוניים יגדל רק.פולימרים בעלי כוח סיבים הם כבר כלי סטנדרטי ב- DOTs של מדינה רבים, וסביר להניח שהפכו לבחירה ברירת המחדל עבור רוב ה-truss Bridge רטרוfits בתוך העשור הבא.

מהנדסים ובעלי הגשר אשר מבינים את היתרונות והמגבלות של חומרי FRP יהיו ממוקמים הטוב ביותר להאריך את חיי התשתית החיונית תוך שמירה על תנועה ותקציבים תחת שליטה.