¿Una breve discusión sobre la tecnología de refuerzo pretensado en la construcción de puentes de carreteras?

A principios de la década de 1990, el problema de la durabilidad de los puentes de hormigón atrajo la atención de países de todo el mundo. A través de las prácticas de mantenimiento y gestión de una gran cantidad de puentes de hormigón que tienen más de 20 años, se descubre que el agrietamiento, el desconchado del hormigón, la putrefacción de las barras de acero y la corrosión (lechada incompleta de las tuberías y en todas partes) han causado daños graves. a los puentes y se han convertido en problemas urgentes a resolver. Los puentes gravemente dañados han comprometido la seguridad del tráfico y requieren una financiación importante para su mantenimiento o reconstrucción. La dura realidad ha llamado la atención sobre la durabilidad de los puentes de hormigón.

Existen dos formas técnicas de mejorar la durabilidad de los puentes de hormigón. Una es utilizar hormigón de alto rendimiento para mejorar la impermeabilidad, uniformidad y resistencia a las heladas del hormigón, mejorando así la capacidad del hormigón para resistir la carbonización y la erosión por congelación; la otra es una forma eficaz de mejorar la durabilidad de los puentes existentes, es decir, para mejorar la durabilidad de los puentes existentes. Los puentes defectuosos se refuerzan y reconstruyen para prolongar su vida útil.

2 Refuerzo de puentes

El refuerzo y transformación de puentes consiste en reforzar y ampliar la estructura del puente mediante medios técnicos eficaces y viables. Su finalidad fundamental es restaurar y mejorar su capacidad portante y durabilidad. Existen muchos métodos de refuerzo de puentes comúnmente utilizados, que se pueden dividir en términos generales en refuerzo de superestructura y refuerzo de subestructura. Hay dos métodos para fortalecer la superestructura del puente: métodos que cambian el sistema de tensiones de la estructura y métodos que no cambian el sistema de tensiones de la estructura. Desde la perspectiva de si el material posterior al refuerzo tiene pretensado y el principio de fuerza básica, el refuerzo de la parte superior del puente se puede dividir en dos categorías: refuerzo activo y refuerzo pasivo.

2.1 Principio del refuerzo activo de puentes

Agregue materiales de refuerzo directamente en la zona de tensión (o zona débil al corte), como reparar barras de acero soldadas, pegar placas de acero, pegar placas de acero de alta resistencia. Materiales de fibra compuesta (fibra de carbono, fibra de aramida), etc. Este tipo de método de refuerzo pertenece a la categoría de refuerzo pasivo en términos de su principio de funcionamiento. De hecho, en el diseño se deben considerar las características del refuerzo de carga y la tensión escalonada. El peso propio y la carga muerta del componente deben ser soportados por la viga original, la carga viva debe ser soportada por la sección compuesta reforzada; La resistencia del material de refuerzo está limitada por la deformación de la viga original.

2.2 Principio del refuerzo pasivo del puente

Para resolver el "retraso de deformación" de los materiales posteriores al refuerzo y mejorar la tasa de utilización de los materiales posteriores al refuerzo, se debe aplicar el principio de pre-refuerzo. El método de tensado se utiliza para pretensar los materiales posteriores al refuerzo. Según el principio de funcionamiento, las barras de acero pretensadas pertenecen a la categoría de barras de acero activas. El material después del refuerzo de tensión activa mejora el estado de tensión de la viga original debido a la fuerza de pretensado, mejorando así la capacidad de carga y la resistencia al agrietamiento de la viga original.

En la actualidad, existen tres tipos principales de sistemas de refuerzo pretensado utilizados en estructuras de puentes: sistemas de refuerzo pretensado externos, sistemas de refuerzo pretensado de fibra compuesta de alta resistencia y sistemas de refuerzo pretensado adherido.

3 Sistema externo de acero pretensado

3.1 Antecedentes de desarrollo

En la década de 1970, con el desarrollo del transporte, la reconstrucción de antiguas carreteras y el refuerzo de viejos puentes causado atrajo la atención mundial. Muchos países han realizado investigaciones sobre el refuerzo de puentes antiguos. Algunos países europeos utilizan tecnología de pretensado externo para fortalecer puentes y mejorar el nivel de carga de los puentes originales, lo que ha logrado beneficios económicos obvios. La aplicación de la tecnología de pretensado externo en el refuerzo de puentes antiguos ha promovido y profundizado la comprensión de la gente sobre la tecnología de pretensado externo.

De hecho, la tecnología de pretensado externo apareció con la aparición de la tecnología de pretensado externo. La tecnología de pretensado externo construyó puentes de hormigón antes que la tecnología de pretensado interno, por lo que es una tecnología nueva y antigua. Ya en 1934, el alemán De Schuengel obtuvo patentes alemanas y francesas para la tecnología de tendones pretensados ​​externos no adheridos y construyó un puente real en 1936. Sin embargo, debido a la inmadurez de la tecnología anticorrosión externa para barras de acero y al alto costo de mantenimiento y reparación de puentes, el desarrollo de esta tecnología se ha visto obstaculizado durante mucho tiempo.

Desde la década de 1990, la tecnología de pretensado externo se ha desarrollado rápidamente en el extranjero. Por un lado, debido a la mayor comprensión de la durabilidad del hormigón, la gente está ansiosa por crear una estructura con propiedades anticorrosión, lo que proporciona un amplio mercado para el desarrollo de tecnología de pretensado externo. Por otro lado, con el desarrollo de la tecnología de puentes atirantados, la solución exitosa de problemas como la anticorrosión del alambre de acero y el diseño y construcción de cabezas de anclaje de gran tonelaje ha eliminado el mayor obstáculo para el desarrollo de la tecnología de pretensado externo. , haciendo que el desarrollo de la tecnología de pretensado externo cobre impulso.

Con el desarrollo continuo de la teoría del diseño de pretensado externo y la tecnología práctica, se ha promovido aún más la aplicación del pretensado externo en el refuerzo de puentes antiguos.

3.2 Principio de actuación

El refuerzo pretensado externo consiste en disponer tendones pretensados ​​con protección anticorrosión fuera de la viga (o dentro del cajón), aplicar pretensado al cuerpo de la viga y utilizar pretensado El momento flector inverso generado compensa parte de la fuerza interna generada por las cargas externas para mejorar la funcionalidad de la viga y aumentar su capacidad portante.

El refuerzo externo pretensado es actualmente uno de los métodos de refuerzo más utilizados, especialmente indicado para el refuerzo de puentes de vigas cajón continuas en forma de T continuas de hormigón pretensado de grandes luces. Los tendones pretensados ​​externos están anclados en la viga del diafragma en el extremo (o medio) de la viga, y el ángulo de los tendones pretensados ​​se ajusta a través del bloque de dirección entre tramos para cumplir con los requisitos de tensión de la viga.

Estrictamente hablando, el pretensado externo y el pretensado interno no adherido, incluidos los puentes atirantados, son todas estructuras pretensadas no adheridas. La cuestión central en el análisis teórico de estructuras pretensadas no adheridas es el cálculo del incremento de tensión de los tubos de acero pretensados ​​en cada etapa de tensión.

3.3 Características Técnicas

En comparación con las estructuras de hormigón pretensado ordinarias, las estructuras de hormigón pretensado externas tienen las siguientes ventajas principales:

(1) Tendones pretensados ​​externos Puede ser no reemplazable, o puede diseñarse para ser un refuerzo externo reemplazable, extraíble y reemplazable, lo cual es conveniente para reparación, mantenimiento y refuerzo

② La estructura del puente antiguo reforzada por pretensado externo es; simple, simplificando la construcción Al no haber tuberías en las nervaduras de la viga, se evita el debilitamiento de la sección; el refuerzo externo elimina el proceso de lechada de tuberías, lo que permite la construcción durante todo el año, lo cual es de gran importancia práctica para las provincias del frío norte; regiones.

(3) La pérdida por fricción de las barras de acero se reduce, la eficiencia de utilización de las barras de acero pretensadas es alta y el rango de cambio de tensión de las barras de acero es pequeño, lo que favorece la resistencia a la fatiga. La popularización y aplicación del pretensado externo en el refuerzo de puentes de hormigón en mi país brinda la posibilidad de resolver los problemas de durabilidad del hormigón de larga data en los proyectos. La mejora de la durabilidad del puente y la extensión de la vida útil (cambiando los cables o volviendo a tirar, la vida útil se puede extender hasta 20 años) puede traer beneficios económicos directos considerables a la gestión del mantenimiento y refuerzo del puente, y sus efectos indirectos y a largo plazo. Los beneficios económicos a largo plazo también son bastante significativos.

4 Sistema de refuerzo pretensado de fibras compuestas de alta resistencia

Las fibras compuestas de alta resistencia utilizadas actualmente en ingeniería incluyen principalmente fibra de aramida y fibra de carbono (FRP). Dado que los materiales de fibra de carbono se utilizan ampliamente en el refuerzo de puentes y la tecnología está madura, este artículo presenta principalmente el refuerzo pretensado de fibra de carbono.

4.1 Cuestión planteada

En ingeniería, un método de refuerzo muy utilizado es pegar directamente fibras en la zona de tracción o zona débil de cortante de la estructura. En lo que respecta al refuerzo de carga, el método de refuerzo pasivo de pegar directamente tela de fibra de carbono en la zona de tensión y agregar materiales de refuerzo no puede desempeñar su papel completo. De acuerdo con las características de la tensión escalonada, el material de refuerzo pegado directamente solo soporta la fuerza interna de la carga viva en comparación con las barras de acero de la viga original, su deformación está seriamente "retrasada". En el estado último, su resistencia está limitada por la deformación de la viga original y generalmente no se obtiene el valor de diseño de su resistencia a la tracción.

El cálculo muestra que cuando la altura de la viga original es pequeña y la relación de refuerzo es grande, el diseño del refuerzo está controlado por la deformación por compresión del hormigón que alcanza el valor límite. En el estado último, la tensión del material reforzado es de sólo 700 ~ 800 MPa, lo que sólo equivale al valor estándar de resistencia a la tracción de la fibra de carbono (21,2% ~ 24,2%). Para situaciones donde la altura de la viga original es grande y la relación de refuerzo es pequeña, el diseño del refuerzo se controla de acuerdo con la deformación de las barras de acero de la viga original que alcanzan el valor límite de 0,01. En el estado final, la tensión de los materiales de refuerzo posteriores es sólo de aproximadamente 2000 MPa, lo que equivale al 60% del valor estándar de resistencia a la tracción de la fibra de carbono. Debido a la limitación de deformación de la viga original, las propiedades de alta tracción de las fibras compuestas de alta resistencia no pueden ejercerse completamente en el estado último, lo que genera un gran desperdicio. Además, aumentar ciegamente la cantidad de materiales posteriores al refuerzo sin análisis puede provocar una falla frágil de los componentes reforzados y hacer que el diseño sea inseguro.

4.2 Principio de acción

Para mejorar la eficiencia de utilización de los materiales de fibra de carbono y potenciar el efecto de refuerzo del puente antiguo, aplicar pretensado a los materiales de fibra de carbono es una forma eficaz.

El principio del refuerzo pretensado de fibra de carbono es utilizar tiras (o listones) de tela de fibra de carbono ancladas en la viga reforzada para aplicar pretensión a la viga y mejorar el estado de tensión de la viga reforzada. La tecnología clave es resolver los problemas de tensado y anclaje de la tela (o placa) de fibra pretensada adecuada para la construcción de puentes.

Actualmente, este sistema de refuerzo aún se encuentra en fase de investigación experimental.

4.3 Características técnicas

① Alta resistencia y alta eficiencia. Debido a las excelentes propiedades físicas y mecánicas del FRP, su alta resistencia y su alto módulo elástico se pueden utilizar completamente en el refuerzo y reparación de estructuras de concreto para aumentar la capacidad de carga y ductilidad de los componentes estructurales de concreto, mejorar sus propiedades mecánicas y lograr el propósito de refuerzo y reparación eficiente.

②El coeficiente de expansión lineal es cercano al del concreto, lo que garantiza que el FRP y el concreto puedan trabajar juntos cuando cambia la temperatura.

(3) La construcción es conveniente, la eficiencia del trabajo es alta, el trabajo no está mojado, no se necesita maquinaria de construcción grande, el área de construcción es pequeña y la eficiencia de la construcción es alta. Según estadísticas relevantes, la eficiencia de la construcción al pegar FRP es de 4 a 8 veces mayor que la del pegado de placas de acero. El FRP es liviano y suave, fácil de instalar y la calidad de la construcción es más fácil de garantizar que la de las placas de acero.

(4) No aumenta el peso y volumen de los componentes. La fibra de vidrio es liviana y de espesor delgado. Después del refuerzo y la reparación, el peso y el tamaño de la estructura original básicamente no aumentarán y el espacio utilizable del edificio no se reducirá.

⑤Tiene buena resistencia a la corrosión y durabilidad. Las pruebas han demostrado que la fibra de carbono, la fibra de vidrio y la fibra de aramida tienen buena resistencia a la corrosión y durabilidad, y pueden resistir la corrosión de ácidos, álcalis y sales que a menudo se encuentran en los edificios. El refuerzo con este material no sólo elimina la necesidad de un mantenimiento regular sino que también protege la estructura interna de hormigón.

⑥ Ampliamente utilizado. Puede ser ampliamente utilizado para el refuerzo y reparación de diversos tipos estructurales (como edificios, estructuras, puentes y túneles, alcantarillas, chimeneas, etc.). ), diversas formas estructurales (como estructuras rectangulares, circulares, curvas, etc.) y diversos componentes estructurales (como vigas, placas, nodos, arcos, conchas, pilares, etc.) sin cambiar la forma estructural ni afectar la apariencia de La estructura no tiene comparación con ningún método de refuerzo estructural actual.

5 Sistema de acero pretensado adherido

5.1 Principio de actuación

Las barras de acero pretensado de pequeño diámetro ancladas sobre la viga armada se utilizan para aplicar el pretensado a la viga. Luego se pulveriza mortero compuesto con alta resistencia a la tracción para unir los tendones pretensados ​​y las vigas reforzadas en un solo cuerpo, formando un sistema de refuerzo pretensado adherido.

El sistema de tendones pretensados ​​adheridos ha atraído la atención de la comunidad de ingenieros civiles en el país y en el extranjero debido a sus ventajas técnicas de anclaje simple de los tendones pretensados, construcción tensora conveniente, buena durabilidad estructural y alta utilización del material. eficiencia. Las características del sistema de tendones adheridos pretensados ​​son adecuadas para el refuerzo de vigas en T de hormigón armado de luces pequeñas y medianas, vigas de placa hueca y puentes de vigas cajón. Es especialmente adecuado para hormigón armado de luces medias y barras de acero pretensadas. Utilizado en carreteras y proyectos de intercambio urbano. Puente de viga cajón continuo de hormigón. Debido al límite de altura de la viga cajón, es difícil disponer tendones pretensados ​​externos dentro del cajón. Agregar tendones pretensados ​​a la placa inferior de la viga cajón y luego rociar mortero compuesto de tracción de alto rendimiento es una de las soluciones de refuerzo ideales.

5.2 Características técnicas

En comparación con el sistema de refuerzo pretensado externo, el sistema de refuerzo pretensado adherido tiene las siguientes ventajas destacadas:

① Puede dar pleno juego a Reforzar el papel de los materiales y mejorar la eficiencia de su utilización;

(2) Rociar una capa protectora de mortero compuesto de tracción de alto rendimiento. Tiene una fuerte resistencia a la carbonización y la erosión de iones cloruro, protege las barras de acero de la corrosión, mejora la durabilidad estructural y extiende la vida útil estructural;

(3) Utilice anclajes pequeños y mortero compuesto de tracción de alto rendimiento para anclar elementos pretensados. Las barras de acero son más seguras y fiables.

6 Conclusión

Con el fin de satisfacer las necesidades del mercado de refuerzo de puentes, se ha suministrado al mercado el mortero compuesto a tracción de altas prestaciones (mortero HTML para abreviar) desarrollado en mi país. mercado Su resistencia a la tracción y propiedades de unión, rendimiento anticarbonatación y rendimiento antierosión de iones cloruro son ligeramente superiores a los del mortero AP. La investigación experimental sobre el uso de materiales de acero domésticos, como cordones de acero de dos y tres hilos, alambres de acero con nervaduras en espiral, barras de acero gruesas de pequeño diámetro y alta resistencia, etc., como sistemas de anclaje de tensión de tendones pretensados ​​ha logrado resultados preliminares, abriendo una nueva vía para la promoción de tendones adheridos pretensados ​​en nuestra provincia.

El uso de sistemas de acero pretensado adherido puede mejorar la durabilidad de la estructura y extender su vida útil entre 20 y 30 años, aportando enormes beneficios económicos.

Lo anterior ha sido recopilado y compilado por Zhongda Consulting Company.

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