Стержни композитной арматуры всё чаще используются для армирования таких бетонных конструкций, таких как мосты, автостоянки и морские сооружения, в которых коррозия традиционной стальной арматуры обычно приводит к существенному износу и частичному разрушению конструкции, что вызывает необходимость её восстановления. Износ настила моста – это одна из наиболее распространенных проблем мостостроения. Бетонный настил моста изнашивается быстрее, чем любой другой элемент из-за прямого воздействия окружающей среды, борьбы с обледенением с использованием агрессивных антиобледенительных реагентов и с возрастающей транспортной загруженностью дорог. С точки зрения затрат на ремонт и нарушения движения транспорта главной проблемой являются появление трещин настила и его расслоение вследствие коррозии.

Рассмотрим на примере строительства моста балочного типа с четырьмя основными балками, свободно опертыми. Длина моста составляет 30.6 метров. Настил представляет собой бетонную плиту толщиной 200 мм, непрерывную на протяжении трех пролетов, каждый из которых составляет 2.65 м со свесом в 1.15 м с каждой стороны. В качестве основных балок были использованы балки из предварительно напряженного бетона. Для армирования ограждений, тротуаров и верхнего слоя плиты настила половины моста была использована строительная композитная стеклопластиковая арматура. В той же половине моста, для армирования 5-метрового участка среднего слоя плиты была использована строительная композитная углепластиковая арматура. На Стадии I были проведены предварительные испытания композитной арматуры из покрытого песком углеродистого армированного пластика. 

Одновременно содержащая угле- и стекловолокно, композитная арматура была использована в качестве армирующих элементов при строительстве этого моста, она представляют собой стержни из покрытого песком армированного композиционного пластика ISOROD TM. Строительная композитная стеклопластиковая арматура (No.16 — 15.9 мм) была использована по всем направлениям за исключением участка в середине, где была использована строительная композитная углепластиковая арматура (No.10 — 9.5 мм). Другая половина моста, включая ограждения, тротуары и верхний слой плиты настила моста, так же как и оставшийся нижний слой настила моста, были упрочнены традиционной стальной арматурой No. 15M.

Конструкция части настила моста, армированного полимерной композитной арматурой, была выполнена в соответствии с пунктом 16.8.7 новых канадских стандартов проектирования автотранспортных мостов (CAN/CSA-S6-00).

Верхний слой арматурного каркаса:

  • Строительная полимерная стеклопластиковая арматура, профиль No 16 с шагом 150 мм в поперечном основном направлении
  • Строительная полимерная стеклопластиковая арматура, профиль No 16 с шагом 165 мм в продольном направлении

Эта арматура покрывает половину плиты настила (15.3 м в длину). Другая половина плиты настила была упрочнена традиционной стальной арматурой.
 Нижний слой арматурного каркаса:

  • Три (связанных вместе в пучок) стержня углепластиковой арматуры, профиль No 10 с шагом 90 мм в поперечном основном направлении
  • Строительная полимерная стеклопластиковая арматура, профиль No 16 с шагом 165 мм в продольном направлении

Эта арматура покрывает полосу шириной 5 м плиты настила. Остаток плиты был упрочнен традиционной стальной арматурой.

В критических местах мост оснащен большим количеством оптоволоконных датчиков для мониторинга и сбора данных о внутренней температуре и деформациях. Для отслеживания деформаций и температуры было установлено 44 оптоволоконных датчика Фабри-Перо, 30 из которых были приклеены непосредственно к арматурному каркасу, а 6 были залиты в толще бетона для измерения деформаций (Рисунок 3). Два термопары были залиты в бетон для контроля изменений температуры. Кроме того, шесть оптоволоконных датчиков размером 80-мм были установлены на поверхности бетонных балок для измерения деформаций.

Во время испытаний были измерены прогибы бетонных балок и плит с использованием системы кипрегелей и теодолитов. С помощью этих инструментов будет происходить сбор данных, и обеспечиваться долгосрочный мониторинг эксплуатации моста при всех возможных режимах нагружения и условиях окружающей среды. Следовательно, станет возможным установить влияние каждого из типов нагрузки (динамическая нагрузка, колебания, удар, термическое воздействие и т.д.) и наиболее критичные параметры, вызывающие максимальные напряжения на мосту. С другой стороны, выбранный инструментарий позволит проводить непосредственное сравнение между эксплуатацией композитной арматуры и стальной арматуры при идентичных транспортных условиях и условиях окружающей среды.

Испытания эксплуатационных характеристик моста были проведены 16 ноября 2001 года при стандартной грузоподъемности (трехосные грузовики с 102 кН на передней оси и примерно 116 кН на каждой из задних осей), как указано в новых канадских стандартах проектирования автотранспортных мостов CHBDC (CAN/CSA-S6-00). Мост был испытан при статических нагрузках с использованием двух грузовиков (см. Рисунок 7). Под мостом была установлена высокоскоростная система (1 МГц) для сбора данных с оптоволоконных датчиков при испытаниях, как показано на Рисунке 8. Во время всех статических и динамических испытаний были измерены прогибы всех бетонных балок и плит с использованием системы кипрегелей и теодолитов.

На мосту были определены три различных пути симметрично во всех направлениях (всего 6 траекторий), как показано на Рисунках 9 и 10. Кроме того, были отмечены девять пунктов (остановок грузовиков) в продольном направлении моста на тех расстояниях, где существуют максимальные напряжения на оборудованных стержнях и бетонных секциях. На первом этапе испытаний с использованием одного грузовика были записаны все показатели каждого прибора для 54 точек (9 остановок ? 6 траекторий). На втором этапе испытаний применялись одновременно два грузовика. Были использованы только две траектории, A-A1 и C1-C1, и для каждой из 18 точек (9 остановок ?2 траектории) были записаны все показатели каждого прибора.

Во время статических испытаний были измерены прогибы бетонных плит и балок. Зафиксированные значения прогибов настила моста и балок оказались меньше 5 мм и 10 мм соответственно на всей длительности нагрузки.

На основании деталей конструкции и результатов статических испытаний можно сделать следующие выводы:

  1. Не было выявлено никаких препятствий для использования композитной арматуры. Во время транспортировки и установки не возникло никаких проблем с арматурой в виде полимера, армированного волокнами.
  2. Эксплуатация композитной полимерной арматуры, покрытой песком, очень схожа с эксплуатацией стальных арматурных стержней.
  3. Под воздействием нагрузки в виде грузовика, максимальные значения деформации растяжения бетона, она очень малы и равны 10-25 микронапряжениям по мере того, как грузовик движется мимо приборов. Эти значения существенно ниже деформации разрушения бетона, которые располагаются в интервале от 100 до 125 микронапряжений для обычного тяжелого бетона с пределом прочности при сжатии от 30 до 35 МПа (Ec= 28 ГПа).
  4. Во время всех испытаний максимальная деформация растяжения в композитной арматуре составила 15 микронапряжений. Это значение меньше 0.1% от предельной деформации материала.
  5. Прогибы настила мостов и плит были существенно ниже, чем допустимые пределы, определенные ассоциацией AASHTO (American Assotiation of State Highway and Transportation Officials).
  6. Долгосрочный мониторинг напряжений и температур с использованием оптоволоконных датчиков будет генерировать ценные данные, которые позволят сравнить непосредственно со стальной арматурой при действующих условиях эксплуатации.

В статье используется материал из источника:

http://www.alientechnologies.ru/articles/bridge_with_frp/