Fiber-Reinforced Polimerler Trus Köprüsü Onarımları Değiştiriyor

Truss köprüleri birçok ulaşım ağının arka kemiğidir, nehirler üzerinde yol ve demiryolu trafiği taşımak, vadiler ve diğer engeller. Bu çelik veya ahşap yapılar, doğal olarak güçlü, havalara karşı sürekli maruz kalma, ağır yüklere karşı, ve zaman. Çelik üyelerde korozyon, sık sık gerekli olmayan ve uzun süreli bir şekilde desteklenen polimerler için zarar vermek için.

Köprü mühendisliğindeki FRP'lere geçiş bir fad değil - altyapı rehabilitasyonuna ihtiyaç duyan pratik bir yanıttır.U.S. köprülerin% 40'ından fazlası ile FRP'ler, trans-ternasyon yöntemleri için özel avantajları araştırır. FRPs, bu teknoloji için ne kadar hafiftir, ne kadar kolay çalışır ve bu makaleyi inceler.

Fiber-Reinforced Polimerler Nedir?

Fiber-reinforced polimerler, bir polimer reçine matrixinde yüksek güçlü fiberleri gömerek yaratılan kompozit malzemelerdir. Fiber-reinforced polimerler, birlikte fiberleri bağlarken, çevresel saldırıdan yükler korur ve onları korumak için mühendislerden daha iyi performans gösteren bir malzemedir.

Fibers Türleri

  • [FONT:0)Carbon fiberler[DÜDÜT:1] en yüksek çekme gücü ve sertlik direncini ve çok düşük ürperticileri sunarlar.
  • [FONT:0)Glass fiberler [D-cam veya S-cam) daha düşük maliyetle iyi bir güç sağlar.Sürekli sütunları sarmak için yaygın olarak kullanılırlar ve çelikleri klor maruz kalmalarından korurlar.
  • [FONT:0)Aramid fiberleri[Dönetici:0)[Döneticiler) yüksek etki direnci sunar ve bazen zorluğun kritik olduğu yerde kullanılır, ancak yapısal köprü onarımları için ilk tercihleri nadiren absorbe ederler.

Polimer Matrices

Filtre veya plastik gibi termoset olabilir - özellikle de yüksek güç nedeniyle, betona mükemmel bir direnç ve kimyasallara karşı direnç., Dyson veya daha iyi yangın direncine ihtiyaç duyulduğunda sıklıkla kullanılır.

Üretim Formları

FRPs, pultruded profiller (solid çubuklar, şeritler veya özel şekiller), ıslak dik kumaşlar veya önceden belirlenmiş (preg) çarşaflar ve mevcut üyeyi kaldırmadan uygulanabilir. - - Cep çarşafları için, bir mekanik olarak monte edilen veya bağdaştırılırken veya kablolar kullanılır - örneğin, örneğin çelik açı ve kanalların flantıları ve webleri ve kanalların webleri gibi - ve uygulanabilir.

Trus Bridge Onarımları için FRP'lerin Anahtar Avantajları

FRPs, geleneksel onarım malzemelerinin eşleştirilemeyeceği faydaların bir kombinasyonunu sunar. Bu avantajlar daha hızlı, daha güvenli ve daha pahalı projelere tercüme eder.

1. Korozyon Direnişi

Çelik köprü üyeleri pas için savunmasızdır - özellikle deniz ortamlarında, tuz spreyi ve yüksek hacimli alanlarda.Cam bir üyenin net kesitini azaltır, zayıf bağlantılarını azaltır ve altta yatan çelik yavaşça korelasyona devam ederse, FRP'ler, ekinsiz bir şekilde köprüyü tamamen kapatamaz ve çelik parçaları takmaya veya değiştirmeye alışkın değildir.

2. Hafif ve Kurulum

Karbon fiber çarşaflar yaklaşık 200-600 g/m2, eşdeğer güçlerin ağırlıklarının bir kısmı.Bir teknisyen, FRP kumaşının bir vinç olmadan yuvarlanmasını veya onarımı yapılmasını engelleyebilir.Bu, erişimin sınırlı olduğu bir oyun değiştiricidir - su, sıkı kentsel alanlarda, veya yüksek çözünürlükte ağır ekipman kullanımını engelleyebilir.

3. Yüksek Güç-Weight Orantı

Tek bir parça tek bir karbon fiber kumaşı, diğer üyelerdeki orijinal kapasitenin ötesine geçen köprüyü yükleyici bir şekilde yüklenebilir.Bu, transkript köprüleri üzerinde kritiktir.Bu, kendi ağırlığının zaten tasarım yükünin önemli bir kısmıdır.

4. Fatigue ve Cyclic Load Direnişi

Trus köprüleri, milyonlarca trafik yüklemesini hayatlarının üzerinde görür. Çelik üyeleri, özellikle de pervane veya bağlı bağlantılarda yorgunluk çatlakları geliştirebilirler. Karbon fiber kompozitleri mükemmel yorgunluk direncine sahiptir - onlar yüksek stres seviyelerinden incir olmadan milyonlarca döngü hayatta kalabilirler. Bonded FRP çarşafları da kritik kaynaklardan uzaklaşır, tüm trusların yorulma ömrünü uzatabilir.

5. Geometrik Geometrik Adaptif

Trus köprüleri birçok eşsiz bağlantı detayı vardır - boş plakalar, barlar, pin bağlantıları ve eğrili üyeler. Prefabricated çelik onarımları tam olarak bu şekillere uygun şekilde monte edilmesi zordur.Sitede ve herhangi bir kondüktörde bile - kapalı kutu üyelerinin veya etraflarında bile.

6. Azaltıcı Trafik Dekontasyonu ve Yaşam-Cycle Maliyeti

FRP onarımları hızlı ve minimum ekipman gerektirir, şerit kapatmaları kısa süre içinde tutulabilir - hafta sonu veya önlenen kullanıcı gecikme maliyetleri büyük olabilir. Ayrıca, FRP'nin uzun vadeli bakımı minimumdur: hiçbir resim, kedikonic koruma, hiçbir zamansal pompa sıkılama.

Trus Köprüsü Onarımları'nda Pratik Uygulamalar

FRPs sadece bir tür onarımla sınırlı değildir. Mühendisler tüm yapı boyunca bunları uygulamak için yenilikçi yollar buluyorlar.

Gerilme ve Kombinasyon Üyeleri Güçlendirmek

Bir transistör için korozyon nedeniyle çapraz bölüm kaybetti veya daha yüksek yük taşımak için ihtiyaç duyuyor, tek yönlü karbon fiber çarşaflar üyenin (altındaki alt komp veya digonal) veya kompresyon üyelerinin sınırlı kalması için bağlanır. Birçok durumda, FRP küçük bir dış çelik açısı veya plaka ile birlikte küçük bir miktar dışsal çelik açısı veya plaka ile birlikte kullanılabilir.

Gusset Plakları ve Bağlantıları Onarım

Gusset plakaları - truss üyelerini panel puanlarında bağlayan çelik plakalar - sık sık sık yorgunluk çatlakları siteye yüklenerek, yeni cıvata delikleri delmeyi gerektirir, bu da plakayı daha da zayıflatır. Bir FRP overlay tüm gusset plaka alanı, bridging çatlakları ve hasarlı bölgelere yük verir.

Böçme Deteriorated Steel ceketing

Bazı eski truss köprülerinde, dikey üyelerinin alt kısımları, etkiye karşı korumak için betonda bulunuyor. Bu beton, çelike karşı tuzak nemleri doğrudan mevcut beton ve çelik üzerinde uygulanır, sistemi ve daha fazla bozulmayı önlemek için hoop gücü ekliyor.

Reload Reposition Reroded members with FRP Shapes

Ağır olarak ikincil üyeler (sağlık, daha sonra, bakım, otoyol çerçeveleri), mühendisler bazen eski çelikleri ortadan kaldırır ve pultrize edilmiş cam fiber-reinforced şekilleri ile değiştirirler. Bunlar paslanmaz çelik taşıyıcılar için yaygınken.

FRP Tendons ile Posta-Tensioning

Aşırı defektten muzdarip köprüler, dış postalama tendonları karbon fiber (CFRP) tarafından yapılan kazılarda eklenebilir ve bir kamber ve stres seviyelerini tanıtmak için gerginliklenir. CFRPs çelikten daha hafiftir, korozyon sorunları yoktur ve sınırlı alanlarda yüklemek daha kolaydır.

Geleneksel Onarım Yöntemleri ile Karşılaştırma

Bir köprü sahibi FRP'yi ne zaman dikkate alırsa, çelik veya beton onarıma karşı ağırlık vermeliler. Aşağıdaki tablo önemli farklılıkları özetliyor:

  • [FONT:0) Çelik mikser: [Dönetici: Düşük malzeme maliyeti, ancak ağır, sıcak çalışma gerektirir, genellikle geçici desteğe ihtiyaç duyar ve gelecekteki korozyon hala bir problemdir.
  • [FONT:0) Çelik üye değişimi:[Dönetici:[Dönetici:0) Trafik kontrolü, vinç, üretim zamanı ve yeni bağlantı tasarımı nedeniyle çok yüksek maliyet.
  • [FONT:0)Concrete encasement:[Dönetici:[Dönetici: 1 ) Büyük ölü yükleri ekler, bölüm boyutunu arttırırlar, gerginlikle yardımcı olmaz ve gizli korozyona yol açan nemleri tuzağa düşürebilir.
  • [FONT:0]FRP sarma veya bağ: [DDÜT:1] Yüksek malzeme pound başına maliyet, ancak düşük iş maliyeti, minimum trafik kesintisi, uygun ölü yük ek, korozyon ve uzun yaşam.

Hayat döngüsü, FRP onarımlarının 10–15 yıl içinde maliyetle rekabet ettiğini ve genellikle 20+ yıllık kalan hizmet yaşamı ile köprülerin en ekonomik seçimi olduğunu gösteriyor. Birçok eyalet DOTs şimdi FRP köprü onarımları için standart özellikler var.

Seçilmiş Vaka Çalışmaları

I-35W Bridge Reconstruction, Minneapolis

2007 yılında I-35W Mississippi Nehri köprüsünün felaket çöküşünden sonra, yedek yapı (2008'i açtı) köprünün önemli kullanımı ile FRP'nin köprü güvertede önemli bir şekilde kullanılmasını sağladı. [Kaynak: Amerikan Kompozitler İmalatı Birliği]

8 Route 82 Pocomoke Nehri üzerinde Bridge, Maryland

2015 yılında Maryland Devlet Otoyolları, karbon fiber kumaşı, tarihi statüsüni değiştirmeden önce inşa etti. Çelik yedek için tahmini dört ay boyunca üç hafta sürdü, 2 milyon dolar tasarruf etti.

34 Fox Nehri üzerinde Bridge No. 34, Wisconsin

Daha düşük seviyedeki sert bölüm kaybından 120 metre uzaklıktaki bir yığın köprü, kondüktif karbon fiber plaka ve pultruded cam fiber şeritler kombinasyonu ile yeniden inşa edildi. onarım tam yük yükleme kapasitesinin tamamını geri getirdi ve beş yıl sonra izleme ihtiyacı ortadan kaldırdı. [Kaynak: Köprü Mühendisliği Dergisi, ASCE]

Bu örnekler FRP onarımlarının deneysel olmadığını gösteriyor - genellikle agresif alan koşulları altında gerçek altyapı projelerinde kanıtlanıyorlar.

TasarımDüşündürmeler ve Zorluklar

Avantajlarına rağmen, FRP köprü onarımı dikkatli bir mühendislik gerektirir. Eklem ve çelik substratı arasındaki bağ çok önemlidir - uygulama sırasında beyaz bir metal bitirmeye (near-ışın beyaz temizlik, SSPC-SP10) güvenilir bir katkı elde etmek için. herhangi bir petrol, kir veya pas bağına karşı koymak için kullanılır.

Yangın direnci başka bir endişedir. Polimer reçineleri yüksek sıcaklıklarda yumuşayabilir veya yakılabilir, ancak intumsan kaplamalar iki saat boyunca koruma sağlayabilir. Tünellerde köprülerde veya yakın flammable malzemelerde köprüler için, ek yangın koruması gerekli olabilir.

UV radyasyonu uzun yıllar boyunca reçineyi kırabilir, ancak çoğu FRP sistemleri UV-yerel bir üst perde veya boya ile kaplıdır. Kompozit yüzeyin düzenli denetimi hala gereklidir.

Son olarak, FRP'de (prodüktif olarak lineer-elastic bir şekilde başarısız olana kadar davranır) mühendisler çoklu güvenlik katmanları için tasarım yapmalıdır. Amerikan Beton Enstitüsü (ACI 440.2R) ve Uluslararası Yapısal Beton için kurallar (fib Bülteni 14) tasarım ve kalite kontrolü için kılavuzlar sağlar.

Future Developments and Outlook

FRP köprü onarımı alanı hızla ilerliyor. Araştırmacılar bir gün karbon ve camın maliyeti ve performansı optimize etmek için bir araya geldiği karma fiberler geliştiriyorlar. Elektrik direncindeki değişikliklerle susabilen ve hasar tespit edebilecek olan kendi kendini tercih eden kompozitler test edilebilir.

Başka bir umut verici yön, bitki yağlarından elde edilen biyo bazlı reçinelerin kullanımıdır, bu da FRP atıklarının geri dönüşümü de ele alınacaktır -termal ve kimyasal süreçler fiberleri geri alabilir, malzemeyi daha sürdürülebilir hale getirebilir.

ABD ve küresel köprü envanteri yaşlamaya devam ettikçe, hızlı, dayanıklı ve maliyet etkin onarım çözümleri sadece büyüyecek. Fiber-reinforced polimerler zaten birçok eyaletteki standart bir araçtır ve muhtemelen önümüzdeki on yıl içinde en çok translar köprü retrofitleri için varsayılan seçim haline gelecektir.

FRP materyallerin faydalarını ve sınırlarını anlayan mühendisler ve köprü sahipleri, trafik hareket eden ve bütçeleri kontrol altında tutmaktayken hayati altyapının hayatını genişletmek için en iyi konumda olacaktır.