Оценка стеклопластика

Неметаллическая альтернатива стальным арматурным стержням, которые армируют бетонные настилы мостов, потенциально может оказаться более долговечной и экономически эффективной при обслуживании мостов в суровом климате Миннесоты. Первоначальные исследования показывают, что эксплуатационные характеристики мостовых настилов, изготовленных из армированного стекловолокном полимера (GFRP), сопоставимы, если не лучше, с эксплуатационными характеристиками настилов, построенных традиционным способом.

Коррозия стальной арматуры, залитой в бетон, является основной причиной разрушения настила моста. Повреждения возникают, когда влага и хлориды дорожных солей проникают в пролетные строения мостов и разъедают сталь. Циклы замерзания и оттаивания во время суровых зим Миннесоты могут усилить последствия, приводя к растрескиванию бетона, что еще больше обнажает встроенную арматуру.

Арматура из стеклопластика представляет собой неметаллическую альтернативу обычной стальной арматуре, которая не окисляется и не ржавеет, что делает ее очень устойчивой к коррозии. Стеклопластик использовался в качестве арматуры настила моста в некоторых частях Канады, но имел лишь ограниченное применение в США. Предыдущие исследования первого и (тогда) единственного моста в Миннесоте с использованием этой альтернативной арматуры показали, что стеклопластик противостоит коррозии значительно лучше, чем традиционная стальная арматура, и структурных проблем не было.

«Это была прекрасная возможность напрямую сравнить соседние пролеты моста, армированные стеклопластиком и арматурой с эпоксидным покрытием. Напряжения, деформации и прогибы каждого пролета моста очень похожи, и первые характеристики были превосходными», - сказал Пол Ровекамп, специалист по стандартам мостов. и инженер-исследователь, MnDOT Bridge Office.

В 2018 году MnDOT построила пару мостов, расположенных рядом друг с другом — один с использованием армирования настила из стеклопластика, а другой с использованием обычной стальной арматуры с эпоксидным покрытием — на Магистральном шоссе 169. Этот строительный проект предоставил уникальную возможность сравнить характеристики двух мостов. типы армирования, поскольку мосты подвергались одним и тем же стрессовым воздействиям окружающей среды и испытывали очень похожие условия движения.

Целью этого проекта было сравнить структурные характеристики и долговечность двух находящихся в эксплуатации мостовых настилов и оценить потенциал стеклопластика как альтернативы традиционной стальной арматуре.

Многогранные усилия, начавшиеся во время строительства моста, позволили провести тщательную оценку характеристик стеклопластика по сравнению со стальной арматурой в пролетах мостов. Во-первых, руководствуясь конструкцией моста, исследователи установили датчики внутри настилов перед заливкой бетона. Это помогло измерить изменения деформации и температуры в настилах моста с течением времени.

Мониторинг в течение почти четырех лет включал сбор данных о температуре и деформации с датчиков, оценку связанных с ними напряжений и сравнение характеристик с проектными рекомендациями. Измерения фиксировали как общие, так и крайние реакции колоды.

Дополнительные приборы, прикрепленные к балкам и пролетам моста, измеряли напряжения и деформации во время испытаний под живой нагрузкой сразу после строительства, через один год и через два года. Испытания на временную нагрузку воспроизводили эффекты транспортной нагрузки и использовались для понимания того, как временные нагрузки распределяются от точек приложения к настилу моста и отдельным балкам.

Визуальные проверки настила моста каждые шесть месяцев на протяжении всего проекта позволяли следователям оценить состояние обеих пролетных строений моста, задокументировать любые трещины и объяснить потенциальные причины на основе собранных данных датчиков.

В лаборатории образцы стеклопластика, поставляемые MnDOT, подвергались растягивающей нагрузке до разрушения, что позволило исследователям разработать кривые растяжения-деформации для подтверждения механических свойств материала. Наконец, анализ стоимости жизненного цикла двух пролетов моста, включая затраты на строительство, материалы, рабочую силу, эксплуатацию и долгосрочное техническое обслуживание, позволил оценить экономический потенциал арматуры из стеклопластика по сравнению с традиционной сталью.

Сравнение краткосрочных и долгосрочных характеристик мостовых настилов не выявило существенных различий или какого-либо необычного поведения ни в одном из них.