Схемы усиления моста углепластиком
Усиление углепластиком мостов производится комплексно, т.е. усиливают все нагруженные элементы — опоры и пролеты.
Усиление опор
Для усиления опор моста, которые работают на сжатие, применяются схемы аналогичные схемам усиления колонн в обычном строительстве.
На опоре укладывают:
- полотно по вертикали на углах с радиусом или фаской величиной не менее 20 мм;
- полотно с одно или двунаправленным плетением по горизонтальному сечению вкруговую по всей высоте с определенным шагом;
- ленту или полотно для кольцевой обвязки оголовка опоры в горизонтальной плоскости и хомуты из двунаправленного полотна перпендикулярно наклонной плоскости несущей части оголовка.
Направление основной нити полотна однонаправленного плетения должно совпадать с направлением разрушающей нагрузки. Количество слоев зависит от установленных (расчетных) значений усиления.
Усиление пролетов
Пролеты моста испытывают три вида нагрузки в вертикальной плоскости:
- на сжатие выше горизонтальной плоскости сечения через центр масс;
- на растяжение ниже этой плоскости;
- смятие и срез в около опорной зоне с двух сторон пролета.
Железобетонные конструкции могут воспринимать большие сжимающие конструкции. В большинстве случаев для восстановления несущей способности достаточно отремонтировать поврежденный участок пролета или увеличить толщину методом торкретирования с армированием композитной сеткой.
Основной проблемой пролетов моста является разрушение силовых элементов плиты (ригели, продольные и поперечные ребра жесткости ребристых плит), которые возникают при изгибе под действием нагрузки. Эффективным решением стало оклеивание поверхности продольных ребер и ригелей пролета полотном однонаправленного плетения вдоль пролета. При отсутствии ребер у плиты (монолитные или пустотные плиты) оклеивают несущий ригель и накладывают полосы на плоскость плиты по всей длине с шагом порядка 300 мм. Поперечную нагрузку в приопорной зоне снимают с помощью U-образных хомутов на ригеле плиты или несущем ригеле, которые одновременно выполняют роль анкеров полос продольного усиления.
Отдельно следует рассмотреть применение ламелей для снижения изгиба пролета. Различают два вида ламелей — свободные, которые изготавливают без предварительного натяжения ленты (напр., CarbonWrap Lamel HS 14/120 толщиной 1,4 мм и шириной 120 мм) и преднапряженые, когда к ленте прикладывается растягивающее усилие порядка 200 кН на метр и ленту в этом состоянии заливают эпоксидной смолой. Преднапряженные ламели, которые применяются для усиления горизонтальных конструкций моста, имеют на концах стальные пластины. Пластины служат для закрепления ламели в предопорной зоне с помощью анкеров и/или на клей. В отличие от не напряженных ламелей преднапряженные ламели не надо приклеивать по всей длине. Оба типа ламелей эффективны для усиления пролетов железных и деревянных мостов. В результате применения преднапряженных ламелей несущая способность горизонтальной несущей конструкции повышается на 100…200% без увеличения веса и изменения архитектуры.
Последовательность производства работ
Мосты относятся к категории несущих конструкций повышенной опасности, т.е. любые работы с элементами конструкции проводятся по проекту.
Основные этапы работ по усилению моста:
- Исследование, составление карты повреждений, разработка и согласование проекта.
- Подготовка поверхности под оклеивание углеполотном и ремонт поврежденных участков, включая инъектирование и применение армирование композитной сеткой (напр., CarbonWrap Grid 150/1200 с плотностью 150 гр/м2 и шириной 1200 мм). Для крепления преднапряженных ламелей в предопорной зоне устанавливают стальные пластины.
- Укладка усиления по утвержденным схемам. Работы проводятся в сухую теплую погоду (T > 10° C, влажность воздуха < 80%, влажность поверхности конструкции < 4%).
- Статические и динамические испытания повышенной нагрузкой после полного отверждения всех усиливающих элементов с применением маркеров и лазерных измерительных систем. Результаты измерений являются неотъемлемой частью проекта и эксплуатационных документов.
- Оформление акта сдачи-приемки.
Оптимальный вариант — проектировщик является исполнителем работ, что позволит заказчику работать с одной организацией.
Достоинства усиления мостов с помощью углеволокна:
- Короткие сроки и возможность сократить ограничения или прерывания трафика движения, т.к. часть работ проводится без остановки движения.
- Не требуется специальная техника и оборудование. Все работы проводятся с лесов или подвесных люлек.
- Усиление из углепластика не увеличивает вес моста.
- Широкий спектр применяемости базовых схем усиления для работ с деревянными, железными, каменными или железобетонными конструкциями.
- Усиление углеволокном не изменяет архитектуру или дизайн моста, что позволяет применять технологию в отношении мостов, имеющих историческую и культурную ценность.
Использование тканого углеволокна с эпоксидной смолой является перспективным направлением в технологии реконструкции, ремонта или модернизации мостов различного назначения.