¿Discutir las medidas de refuerzo comúnmente utilizadas para los puentes de arco occidentales?
1. Enfermedades comunes y causas de los puentes en arco en la región occidental
La densidad de la red de carreteras en la región occidental es baja y hay una gran cantidad de puentes en arco en las troncales nacionales y provinciales. Las líneas están sometidas a una fuerte presión operativa. Por lo tanto, durante la operación de carga alta a largo plazo, inevitablemente ocurrirán diversas enfermedades bajo los efectos repetidos de diversos factores ambientales, deterioro del material, cambios de carga (carga muerta o carga viva), etc. El análisis específico es el siguiente.
1.1, Descripción general de las enfermedades comunes de los puentes en arco en el oeste de China
Investigamos y resumimos muchos puentes en arco que funcionan en la región occidental. Las enfermedades estructurales comunes se manifiestan principalmente en las siguientes tres categorías. :
1. La bóveda se hunde, el eje del arco se deforma y la capacidad de carga del anillo del arco disminuye;
2. El anillo del arco principal se agrieta;
3. El edificio sobre el arco está dañado.
1.2.Análisis de causas comunes de enfermedades
Existen muchas causas de diversas enfermedades en los puentes de arco. Basado en el entorno y el estado operativo de la región occidental, este artículo resume las razones comunes, que se reflejan principalmente en los siguientes aspectos:
1. Los vehículos sobrecargados tienen efectos a largo plazo en el antiguo puente de arco;
2. Los pies del arco o el desplazamiento desigual de los pilares causan daños al anillo del arco o las conexiones laterales.
3. ;
4. Las conexiones laterales insuficientes hacen que el puente en arco falle. Estable;
5. La base del puente en arco fue dañada por la erosión;
6. Daños a la durabilidad del puente de arco causados por la intemperie, erosión por gases nocivos, etc.;
7. La plataforma del puente y el drenaje deficiente del relleno del arco causan daños al arco.
2. Métodos comunes de refuerzo de puentes en arco
Con base en el análisis de las razones anteriores, la situación estructural real en la región occidental y el resumen de la práctica de ingeniería, se deben aplicar los siguientes principios. implementarse para el refuerzo de puentes de arco en la región occidental:
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a El diseño es científico y razonable, económico y respetuoso con el medio ambiente;
b. para aumentar el peso de la estructura y no dañar los componentes principales que soportan la carga, como los anillos del arco;
c. Reforzar el puente. Puede cumplir con los requisitos de carga operativa y tiene ciertas reservas de seguridad;
d. La construcción es simple y rápida, y el impacto en el tráfico durante el proceso de construcción de acero se minimiza;
e. Después del refuerzo, el puente es duradero y fácil de mantener.
En vista de los principios anteriores, cuando la capacidad de carga, la estabilidad, la integridad y la durabilidad del puente de arco son insuficientes, se pueden seleccionar los siguientes métodos para reforzar los puentes de arco existentes en las líneas principales de la vasta Países y provincias occidentales.
2.1. Aumentar el refuerzo de la sección transversal del anillo del arco
El método para aumentar el refuerzo de la sección transversal es utilizar el mismo material: hormigón armado para aumentar la sección transversal. área y refuerzo de la estructura de hormigón original Para mejorar la capacidad de carga de la sección transversal, la rigidez, la estabilidad y la resistencia a las grietas de los componentes, también se puede utilizar para reparar grietas. Se puede utilizar para reforzar arcos de celosía, arcos de estructura rígida y puentes de arco de doble curvatura. Antes de ampliar la sección, se deben reparar los defectos de las nervaduras del arco original y se debe cincelar la superficie de la junta para exponer el agregado grueso. Luego se implantan barras de acero en las nervaduras del arco, se erigen las barras principales verticales y horizontales y luego se vierte y cura el hormigón.
Para los antiguos puentes de arco de piedra en el oeste, los aros de hormigón armado se usan ampliamente para cerrar el anillo del arco principal y fortalecer el anillo del arco principal para mejorar la integridad de la tensión y la capacidad de carga del puente original y mejorar la durabilidad general de la estructura. Los puentes de arco de mampostería se refuerzan utilizando el método de refuerzo de arco anidado, que puede ser un refuerzo integral o un refuerzo de nervadura. Su efecto significativo es engrosar efectivamente la sección del anillo del arco original y fortalecer la conexión lateral del anillo del arco original, lo que no solo mejora la capacidad de carga del anillo del arco principal, sino que también sella y trata eficazmente los lados longitudinal y transversal. grietas del anillo del arco principal original para evitar una mayor erosión.
En puentes de arco de mampostería, también se puede utilizar la pulverización de anclaje para reforzar el anillo del arco. La malla de acero se suspende mediante las varillas de anclaje ancladas por el anillo del arco principal original, y luego se pulveriza concreto con una cantidad adecuada de agente de fraguado rápido sobre la superficie de la estructura hasta formar un anillo del arco principal compuesto, deformándose en coordinación con el anillo original del arco principal, compartiendo parte de la carga viva, mejorando así la capacidad portante del puente.
2.2. Pegar barras de acero de material de alta resistencia
Pegado de refuerzo de material de alta resistencia se refiere principalmente a pegar placas de acero en el arco o pegar materiales compuestos de fibra para reforzar el anillo del arco o el edificio. .
El pegado de placas de acero utiliza principalmente pernos de anclaje y materiales de lechada para adherir las placas de acero a la superficie de hormigón de las nervaduras del arco, y utiliza tornillos de anclaje para fijar las placas de acero al hormigón de la viga principal para lograr el propósito del refuerzo local. La tecnología de refuerzo de acero adherido tiene un buen control de la construcción, tecnología madura, fácil adquisición de materiales y rápida velocidad de construcción, lo que es más adecuado para aplicaciones prácticas de ingeniería.
El principio básico de pegar láminas de FRP es el mismo que el de pegar placas de acero: se pegan materiales de refuerzo en los bordes de tracción o partes débiles de la estructura de concreto para formar una parte integral de la estructura, reemplazando así. la necesidad de barras de acero adicionales, mejorar la capacidad de carga de la viga y lograr el propósito de refuerzo.
2.3. Inyectar hormigón autocompactante en la placa de acero exterior para refuerzo.
El hormigón autocompactante, es decir, el hormigón autonivelante, a baja relación agua-cemento, puede autonivelarse y autocompactarse por su propia gravedad sin vibrar, y se rellena con encofrado y se envuelve. barras de acero. Durante la construcción, se imponen mayores requisitos a la resistencia y estabilidad del sistema de encofrado, por lo que a menudo se utiliza junto con encofrados de acero con mejores propiedades de firmeza y sellado para formar una "estructura de hormigón con placa de acero". El proceso es el siguiente: después de limpiar y hacer rugosa la superficie de las nervaduras del arco, se colocan refuerzos en la superficie de la estructura original y se disponen barras de acero que soportan tensiones, se instala y suelda el encofrado de acero y luego el hormigón autocompactante. se vierte. Este método se utiliza principalmente para reforzar vigas y nervaduras, como vigas en T, y también se utiliza a menudo en estructuras de puentes en arco.
2.4. Añadir barras de acero de contacto transversal.
Las vigas de amarre transversales o diafragmas en puentes de arco nervado o puentes de arco de doble curvatura pueden mejorar la estabilidad lateral general del arco nervado y también pueden desempeñar un papel en la distribución de carga lateral, lo que requiere suficiente rigidez y resistencia. . Después de una respuesta de carga a largo plazo de las estructuras reticuladas, a menudo aparecen diversas enfermedades delante de las nervaduras del arco principal. Especialmente en los puentes de arco de doble curvatura construidos en los primeros años, la rigidez de la reticulación es aún más débil. En este momento, incluso si las nervaduras del arco principal aún no han sufrido enfermedades graves, la capacidad de carga general de la estructura disminuirá debido al deterioro de la integridad lateral. Por lo tanto, se deben tomar medidas efectivas para aumentar y fortalecer las conexiones laterales de la estructura para restaurar el patrón de tensiones de diseño estructural. Generalmente existen dos métodos: ampliar las vigas originales o agregar particiones. Este método se ha convertido en una de las medidas técnicas importantes para fortalecer dichos puentes y puede implementarse junto con otros métodos de fortalecimiento.
La armadura principal del tirante transversal se debe fijar lo más larga posible. Al agregar una sección de nervadura de arco a la superficie inferior, la superficie inferior de la viga de amarre transversal puede estar a la misma altura que la nervadura de arco, lo que facilita la disposición de barras de acero largas y garantiza la integridad.
2.5. Reemplazar y reforzar el relleno del arco.
Muchos puentes en arco que se han construido durante muchos años, especialmente los puentes en arco de mampostería, suelen utilizar rellenos más gruesos en los arcos. En el cálculo y análisis de este tipo de puente de arco, la carga muerta a menudo representa una gran proporción y la mayor parte de la capacidad de carga del anillo del arco principal debe usarse para soportar la carga muerta. A medida que aumenta la carga del vehículo, puede exceder fácilmente la capacidad de carga del puente, provocando que el anillo del arco principal se agriete y se convierta en un puente peligroso. El uso de materiales livianos para reemplazar el relleno en el arco no solo puede ajustar la línea de presión ajustando la carga muerta en el arco, sino también hacer que la línea de presión del anillo del arco principal esté lo más cerca posible del eje del arco, reduciendo así la fuerza interna del momento flector en el arco. Cuando la capacidad de carga del puente se reduce y la capacidad de carga de la base del puente es limitada, lo que no puede cumplir con los requisitos para reforzar el anillo del arco y mejorar la capacidad de carga a medida que aumenta la carga viva, los requisitos para la subestructura también se pueden reducir reduciendo la auto -peso del edificio sobre el arco y reduciendo al mismo tiempo el arco principal para transformar el arco en puente.
2.6. Ajustar las barras de acero del eje del arco
Debido a los grandes cambios en la tensión del anillo del arco y el eje del arco, para puentes de arco con una deformación excesiva del anillo del arco, el eje del arco real a menudo se desvía de la línea de presión, lo que produce diversas enfermedades. En este caso, el refuerzo de la sección transversal, la reparación de defectos y el refuerzo local por sí solos no pueden mejorar eficazmente la condición de tensión del anillo del arco. Por lo tanto, es necesario ajustar el eje del arco y la línea de presión para que coincidan lo más posible, mejorar el estado de tensión del anillo del arco, resolver fundamentalmente el estado de enfermedad del puente del arco y desempeñar eficazmente el papel de transformación y refuerzo. Lo que necesita especial atención es que la tensión sobre el anillo del arco está estrechamente relacionada con la distribución de la carga muerta sobre el arco y la forma del eje del arco. Si necesita ajustar el grosor del relleno en el arco o fortalecer la plataforma del puente y ajustar el eje del arco, debe realizar un cálculo y análisis detallados de la tensión en el anillo del arco para determinar un plan razonable, y no puede aumentar ciegamente el peso propio.
2.7. Refuerzo de lechada intratubular de un puente en arco de tubos de acero relleno de hormigón.
La característica más importante de la combinación de tubos de acero y hormigón es el efecto de aro del tubo de acero y el hormigón. Cuando las nervaduras del arco de tubos de acero rellenos de hormigón están sueltas en muchos lugares o en un área grande, las fuerzas internas se redistribuirán entre los tubos de acero y el núcleo de hormigón, lo que reducirá en gran medida la capacidad de carga y la estabilidad de los componentes y planteará riesgos de seguridad para el funcionamiento normal de la estructura. Para este tipo de enfermedad, las nervaduras del arco se pueden reforzar mediante lechada en tubo para restaurar la capacidad de carga de la estructura.
El hormigón polímero se utiliza generalmente para reparar cavidades, la lechada a presión se utiliza para reparar cavidades y comúnmente se utiliza adhesivo epoxi modificado. Para verter hormigón, se debe perforar un agujero en el tubo de acero. Si el diámetro del orificio es grande, se puede utilizar soldadura de reparación de placas de acero y se debe reducir el daño a la estructura original durante la soldadura. Cuando el espacio es pequeño, puede utilizar el método de vertido de pegamento para suavizarlo.
2.8. Sustitución de barras de acero tirantes
Cuando la estructura principal del puente en arco aún se encuentra en buen estado, algunos de sus principales componentes portadores de tensiones como tirantes o tirantes se verán afectados. Daños graves debido a cargas de fatiga u otras razones, cuando la capacidad de carga de algunos componentes no puede cumplir con los requisitos de funcionamiento normal, la estructura se puede reforzar reemplazando o reforzando estos componentes.
La sustitución de tirantes y tirantes es adecuada para puentes de arco centrado. Durante el proceso de izado y tensado de la pluma, la tensión en cada parte del puente cambia gradualmente. Generalmente, se utiliza tensión gradual para garantizar una transferencia de carga estable. De lo contrario, se producirá fácilmente una concentración de tensiones que dañará la estructura del puente. La mayoría de los tirantes son cables terminados y la elevación de la plataforma del puente se utiliza para controlar la deformación al reemplazar los tirantes.
2.9. Cambiar el refuerzo del sistema estructural
Cuando las condiciones lo permitan, se puede ajustar la distribución del peso propio sobre el arco para mejorar la tensión sobre el anillo del arco para lograr el propósito. de refuerzo, es decir, cambiar la estructura del sistema estructural del puente de arco. En la actualidad, los arcos de intradós y las secciones de intradós de puentes de arco hueco de doble curvatura a menudo se demuelen y reconstruyen en edificios de arco de placa continua para reducir la carga muerta, ajustar el estado de tensión del anillo del arco principal y mejorar el rendimiento de tensión lateral del puente. Y aumentar la capacidad de carga del puente. Este método de refuerzo debe implementarse con cuidado.
3. Ejemplos de ingeniería
3.1, refuerzo de puente en arco de piedra
3.1.1, sección del puente
Cierto puente en arco de piedra tiene 1 hoyo y 16m El puente en arco de piedra con losa de mortero ha estado en funcionamiento durante muchos años. Se descubrieron algunas enfermedades durante el mantenimiento. Dado que está adyacente a la reconstrucción de una carretera de primera clase, necesita urgentemente un refuerzo. Según los informes de inspección pertinentes, la principal enfermedad estructural del puente es el agrietamiento diagonal y longitudinal del anillo del arco. Las grietas tienen de 10 a 15 mm de ancho y se extienden hasta los cimientos; también hay muchas grietas transversales en el anillo del arco, todas las cuales causan graves fugas de agua.
Figura 2 Descripción general de un puente de arco de mampostería de 1 a 16 m
3.1.2, método de refuerzo principal
1, refuerzo de anillo de arco:
Para El principal problema del anillo del arco del puente son las grietas diagonales y longitudinales, y se formuló un plan de refuerzo para el anillo del arco trasero.
(1) Abra ranuras en forma de V, realice lechada a presión, repare grietas y mejore la integridad del anillo del arco.
(2) Método de refuerzo de elevación: después de modificar la estructura original del pilar, se agrega un nuevo anillo de arco debajo del vientre del anillo de arco principal original. El nuevo anillo de arco se vierte cerca de la superficie inferior. el anillo del arco original y resistirá la carga superior. Para garantizar la calidad del hormigón, al verterlo se debe utilizar hormigón autocompactante y sin vibraciones. El método específico se muestra en la siguiente figura.
2. Refuerzo de cimentación: Reforzar la cimentación mediante lechada de cimentación.
Figura 3 Diagrama esquemático del método de refuerzo del arco
3.1.3, evaluación del efecto de refuerzo
En la actualidad, el puente ha pasado la aceptación de terminación y el Puente de arco reforzado se encuentra bajo vehículos de construcción pesada. Se encuentra en buen estado de funcionamiento cuando hay tránsito.
3.2. Refuerzo de puente de doble arco
Perfil del puente 3.2.1
En 1973 se construyó un puente de doble arco. La pendiente de la carretera es El nivel 3 y el nivel de carga de diseño es el nivel Qi-15 y el nivel Hangzhou-80. La longitud total del puente es de 86 m, el espacio libre debajo del puente es de 30 m y la luz es de 1 × 60 m. El tablero del puente tiene 8,7 metros de ancho y las barandillas a ambos lados tienen 0,5 metros de ancho. El tablero del puente está pavimentado con hormigón asfáltico. La subestructura del puente adopta un pilar de gravedad.
Existen grietas transversales en las nervaduras del arco del anillo del arco y bóveda, con un ancho de 0,3 mm, filtraciones de agua en la onda del arco, y filtraciones de agua y grietas en el anillo del arco abdominal. Las principales razones de las enfermedades de los puentes:
1. El estándar de carga de diseño de los primeros puentes era bajo, solo nivel de vapor L5. No puede soportar los vehículos de gran tonelaje actuales.
2. El anillo del arco principal compuesto por costillas del arco, ondas del arco y placas del arco tiene poca integridad y rigidez débil.
3.2.2. Principales métodos de refuerzo
Debido a la grave enfermedad de filtración de agua del puente de doble arco, y bajo la acción de la filtración de agua, las barras de acero internas del La estructura original puede haberse corroído y la sección de tensión de la estructura se ha deteriorado enormemente. Por lo tanto, el anillo debilitado del arco principal debe reforzarse envolviendo las nervaduras del arco con concreto y agregando diafragmas. Mediante análisis empírico, se determinó que el plan de refuerzo del puente era agregar hormigón de 10 cm y 20 cm de espesor a los lados y la parte inferior de las nervaduras del arco original, respectivamente, y agregar 15 vigas nuevas. La sección de nervadura del arco reforzado del puente tiene 70 cm de ancho y 90 cm de alto.
3.2.3.Evaluación de los efectos del refuerzo
La ampliación de la sección transversal para reforzar el puente de doble arco tiene un período de construcción relativamente corto y sólo necesita bloquear el tráfico por un corto tiempo. período de tiempo, lo que tiene poco impacto en los beneficios sociales. Después del refuerzo, la estructura del tramo del puente de arco de doble curvatura muestra mayor rigidez y resistencia, lo que está en línea con las características de tensión actuales de la estructura. Su capacidad de carga y trabajabilidad cumplen con los estándares de diseño y los requisitos de uso de reconstrucción y refuerzo, y. Actualmente está funcionando bien.
Figura 4 Vista general del puente reforzado
3.3. Refuerzo de puente en arco de tubo de acero relleno de hormigón
3.3.1, sección del puente
Cierto puente de arco es un puente de arco de tubo de acero relleno de hormigón con soporte medio de 2 × 120 m, con un ancho total de 13,1 m y un ancho libre de 9 m. El círculo del arco principal tiene forma de mancuerna y tiene una altura total de 2,1 m. Los cordones superior e inferior están fabricados con placas de acero A3 de φ 820×12 mm, y las almas están fabricadas con placas de acero de 16Mn. Cada hoyo tiene cinco tirantes transversales en forma de I sobre la plataforma y una estructura de viento en forma de K debajo de la plataforma. La especificación de la tubería de acero es φ. La pluma está compuesta por alambre de acero al carbono de alta resistencia de 110φ5 mm, protegido por tela de fibra de vidrio y malla de alambre de acero. El sistema de tablero del puente es un sistema simplemente apoyado, compuesto principalmente por vigas de suspensión y vigas en T de carril de tráfico. El nivel de carga de diseño del puente es -20 para automóviles y -100 para remolques.
Desde junio de 165438 hasta octubre de 2002, mediante inspección y pruebas del puente, se encontró que el puente tenía principalmente las siguientes enfermedades:
1 El tablero del puente estaba seriamente deformado, con. una flecha máxima de 27 cm. La relación con la luz es de 1/444 y la estructura se encuentra en mal estado;
2. Al mismo tiempo, los anillos del arco principal aguas arriba y aguas abajo están desplazados lateralmente. un desplazamiento lateral máximo de 13 cm, que es aproximadamente 1/1000 del tramo, que ha excedido el valor permitido de los estándares de evaluación de inspección de calidad;
3. La pluma está revestida por una malla de alambre de acero y su estanqueidad. y la estanqueidad al aire son difíciles de garantizar y no cumplen con los requisitos de las especificaciones actuales. Después de la inspección in situ, se encontró que la funda se había agrietado o dañado en muchos lugares y que los alambres de acero internos estaban severamente corroídos;
4. Había muchas áreas no consolidadas en el acero del anillo del arco principal. tubería, lo que redujo la capacidad de carga de la estructura del tramo del puente hasta cierto punto;
5. Aparecieron múltiples grietas verticales en la viga de la pluma, con un ancho máximo de grieta de 0,3 mm. , se cortaron los estribos en el área de la pluma al final de la viga, lo que redujo seriamente la capacidad de carga de corte de la viga.
3.3.2. Principales métodos de refuerzo
1. Nervaduras de arco de tubo de acero rellenas de hormigón
Debido a que el hormigón en el tubo de nervadura del arco no es denso, el Debido a que la capacidad de carga y la seguridad de la estructura se reducen, se tomaron medidas de tratamiento de lechada para la tubería de acero con nervadura en arco. Para lograr un mejor efecto de lechada, se utiliza una suspensión de resina epoxi como material de lechada. Antes de aplicar la lechada, utilice golpecitos manuales para determinar el alcance del área no consolidada y márquelo con tiza en el sitio, y luego abra una cierta cantidad de orificios de lechada según el alcance del área no consolidada. Al inyectar, la presión de inyección es de aproximadamente 0,2 MPa.
2. Grúa
Después del refuerzo, el brazo del puente original fue reemplazado por un nuevo cuerpo de cable resistente a la corrosión y de baja tensión, utilizando un diseño totalmente impermeable y acero galvanizado de alta resistencia. alambre, engrasado y envuelto con dos capas de funda de PE; el extremo de la viga es el extremo de tensión, el extremo de la nervadura del arco es el extremo fijo y está anclado con anclajes de volcado.
3. Estructura del tablero del puente
El sistema del tablero del puente principal es un sistema simplemente apoyado, con vigas en voladizo y vigas en T longitudinales de calzada, con una altura de 50 cm. Reforzar las vigas pegando placas de acero y aumentando la sección cerca del brazo. Para evitar una mayor corrosión de las barras de acero de la estructura y la aparición de grietas, las grietas de las vigas se cerraron primero con lechada y luego se reforzaron.
4. Vigas de amarre transversales y estructura contra el viento
Considerando que las nervaduras del arco del puente tienen una gran desviación lateral en la misma dirección, el coeficiente de estabilidad anti-empuje es bajo, y el I original. -Los tirantes transversales en forma solo están soldados con el alma, la resistencia a la deformación es débil. En este refuerzo, se agregaron tirantes en forma de K a las nervaduras del arco de tubos de acero para mejorar la estabilidad lateral de la estructura del tramo del puente. Es decir, se agregó una estructura contra el viento con una inclinación de 45 grados a los tirantes transversales en forma de I originales. Los tubos de acero de la nueva estructura eólica son de φ500 × 8 mm y están conectados a los tubos de acero de cuerda superior e inferior de las nervaduras del arco originales, respectivamente.
3.3.3 Evaluación de los efectos del refuerzo
A través del refuerzo específico anterior, la capacidad de tráfico y las condiciones de conducción del puente se han mejorado enormemente. Este refuerzo ha estado en funcionamiento durante casi 5 años y toda la estructura del puente se encuentra en buenas condiciones de funcionamiento.
Cuatro. Conclusión
En la última década, el transporte por carretera en el oeste de China se ha desarrollado rápidamente. A medida que aumenta la vida útil de una gran cantidad de puentes en arco, la tarea de fortalecerlos será muy ardua en el futuro. Los métodos presentados en este artículo pueden guiar la reparación y el refuerzo de enfermedades comunes de los puentes en arco. En la práctica de la ingeniería, cómo analizar las enfermedades de los puentes en arco y sus causas en el sitio, adoptar de manera integral varias medidas de refuerzo razonables y restaurar la capacidad de carga y el rendimiento de los puentes en arco aún requiere más resumen e investigación por parte del personal técnico y de ingeniería.
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