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玻璃纤维复合材料使桥梁拥有更长寿命?

编辑:朱继弘 来源:山西诚鑫达 发布日期: 2019-10-21 16:10:20
信息摘要:
高速公路对我们来说肯定不陌生,我们平常出去旅游、出差、走亲访友都会经过高速公路。公路上来来往往的车辆,穿梭过无数的人群,是城市忙碌的象征。而连接各个岸公路的桥梁亦是负重了整个城市的压力。  加拿大的“TransCanada公路”(一个贯穿加拿大全国10个省的高速公…

  高速公路对我们来说肯定不陌生,我们平常出去旅游、出差、走亲访友都会经过高速公路。公路上来来往往的车辆,穿梭过无数的人群,是城市忙碌的象征。而连接各个岸公路的桥梁亦是负重了整个城市的压力。

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  加拿大的“TransCanada公路”(一个贯穿加拿大全国10个省的高速公路系统)也亦是如此。成千上万的乘客依赖着这个高速公路系统出行。与许多高速公路一样,TransCanada也有许多钢筋混凝土结构的桥梁连接在各个公路之间。但经过长久的日晒雨淋,其中的钢结构被腐蚀,桥梁会留下严重的耐久性问题,导致结构退化,且产生昂贵的维修费用。


  在2013年,安大略省交通部(MTO)启动了一项耗资1.06亿美元的项目,将尼皮贡河大桥(NipigonRiverbridge)替换为两个平跨四车道的桥梁,它最终证明了复合材料玻璃纤维筋可以替代螺纹钢筋。


  尼皮贡河大桥是安大略省高速公路系统的第一座斜拉桥,更是世界上第一座采用玻璃纤维增强聚合物加筋混凝土(GFRP-RC)桥面板的斜拉桥。该种GFRP是由乙烯基酯树脂和无硼E玻璃纤维复合而成。


  谢尔布鲁克大学的土木工程学教授Bra.Benmokrane博士帮助该项目取得成果,他认为,使用GFRP-RC建造252米的桥面既是创新的,也是必要的。由于大桥是唯一从加拿大东部到西部乘车的交通载体,停运维修将迫使汽车绕道南行,穿行美国。因此,工程师们没有使用支墩来加固桥梁,而是选择了斜拉桥的设计。

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  然而,从工程角度来看,斜拉桥比传统桥梁的设计要困难得多,因为它们要承受高达9000psi(磅/平方英寸)的压力。Benmokrane说,当混凝土开始劣化的情况下,从逻辑上说不可能修复斜拉桥的桥面。


  对于MTO来说批准一种具有GFRP这样的结构部件的设计是非常重要的,它会被证明是非常耐用的,因为将在超过100年的时间内不需要任何重大维修。“即使GFRP没有任何问题,倾斜也可能来自混凝土本身。”Benmokrane说。


  “所以你真的必须选择复合材料!”

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  去年,Benmokrane和他的团队研究建造了8块面板——6块GFRP-RC面板和2块钢筋面板——并测试了它们的裂缝。最终220毫米宽的超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)连接的GFRP筋具有很高的抗拉强度和弹性模量,没有出现明显的裂缝。


  Benmokrane与MTO、MMMGroup(现在称为WSP)和Buckland&Taylor合作,设计了480块3×7米的GFRP-RC面板,以及15和20毫米粗的GFRP-RC钢筋人行道。在桥面上总共使用了大约35万米的GFRP筋。


  BotConstruction和FerrovialAgroman这两家建筑公司通过在索塔内预浇板件并用UHPFRC把它们连接起来,加速了施工进程。在建造桥面后,Bot和Ferrovial共打了182根深50至70米的钢桩用于现浇下部结构,从桥的基础底座测量,它高达75米。然后他们将预制的多梁中心墩置于甲板上方约51米的地方。梁由66根钢缆连接到桥上。


  这座桥分两部分建造。

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  他相信这座桥梁对于复合材料工业来说是一个里程碑式的成就,因为它有望将复合材料进一步扩展到基础设施市场中。在马里兰州国家港举行的国际桥梁会议上,Benmokrane介绍了这座桥梁的设计以及FRP的优势作用。他表示他很高兴,“根据我得到的反馈,我真的希望将来我们能看到世界各地更多的桥梁在使用这种加筋方式,”Benmokrane说。“这些桥梁非常经济、典雅,而且具有很高的美学价值。”,并且乐观地认为像尼皮贡河大桥这样的应用可以为许多复合材料企业打开大门。


  他说,用GFRP筋增强的混凝土桥梁的初始成本几乎与用环氧涂层或镀锌钢筋增强的混凝土桥梁相同。不锈钢钢筋的价格也是GFRP钢筋的2至4倍。


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