1, 소개
1 및 1 콘크리트의 내구성은 1990 년대 초에 콘크리트 교량의 내구성으로 세계 각국의 주목을 받았다. 대량의 다리 연령이 20 년 이상인 콘크리트 교량의 보양 관리 관행을 통해 다리의 콘크리트 균열, 벗겨짐, 부패, 철근 부식 (파이프 그라우팅이 꽉 차지 않음) 이 다리에 심각한 피해를 입혔으며, 이미 시급히 해결해야 할 문제가 되었으며, 심각하게 파괴된 다리는 이미 교통안전을 위태롭게 하고 있다.
콘크리트 교량의 내구성을 향상시키는 두 가지 기술적 방법이 있습니다. 하나는 고성능 콘크리트를 사용하여 콘크리트의 불 침투성, 균일성 및 내한성을 높임으로써 탄화 및 동결 침식에 저항하는 콘크리트의 능력을 향상시키는 것입니다. 또 다른 하나는 기존 교량의 내구성을 높이는 효과적인 방법, 즉 결함이 있는 다리를 보강하여 수명을 연장하는 것이다.
1, 2 교량 보강
교량 보강 개조는 효과적이고 실행 가능한 기술적 수단을 통해 교량 구조를 강화하고 넓히는 것으로, 그 근본 목적은 적재력과 내구성을 회복하고 향상시키는 것이다. 현재 일반적으로 사용되는 교량 보강 방법은 여러 가지가 있으며, 넓은 의미에서 상부 구조 보강과 하부 구조 보강으로 나눌 수 있습니다. 교량 상부 구조의 보강 방법은 구조 힘 체계를 바꾸는 방법과 구조 힘 체계를 바꾸지 않는 방법의 두 가지로 나뉜다. 뒷보강 재료가 사전 응력과 기본 응력 원리를 가지고 있는지 여부에 따라 교량 위쪽의 보강은 능동 보강과 수동 보강의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
1 및 2 1 교량 활성 보강 원리
용접 철근 수리, 강판 붙여넣기, 고강도 복합 섬유 재료 (탄소 섬유, 아라미드 섬유) 부착 등 인장 영역 (또는 전단 약한 영역) 에 직접 보강재를 추가합니다. 이런 강화 방식은 작용 원리상 수동적 강화의 범주에 속한다. 실제로 설계는 하중 배력근과 단계적 힘의 특징을 고려해야 하며, 구성요소의 자중과 항하중은 원래 보가 부담해야 합니다. 활하중은 보강 조립품 단면에 의해 지지되며, 보강 재료의 강도는 원래 빔 변형에 의해 제한됩니다.
1 및 22 브리지 수동 보강 원리
후보강재의' 응변 지연' 을 해결하기 위해 후보강재의 활용도를 높이기 위해, 선장법 원리를 이용하여 후보강재를 사전 응력 보강하였다. 작용 원리로 볼 때, 프리스트레스 철근은 활성 철근 배근의 범주에 속한다. 사전 인장력으로 인해 원래 빔의 힘 상태가 개선되어 원래 빔의 하중 용량과 균열 저항 능력이 향상됩니다.
현재 교량 구조에 사용되는 사전 응력 보강 시스템은 외부 사전 응력 보강 시스템, 고강도 복합 섬유 사전 응력 보강 시스템 및 접착식 사전 응력 보강 시스템의 세 가지 주요 유형입니다.
2, 외부 프리스트레스 보강 시스템
2. 1 개발 배경
1970 년대에는 교통사업이 발전하면서 낡은 도로 개조와 낡은 다리 보강이 전 세계의 관심을 끌었다. 많은 국가들이 낡은 다리 보강에 대해 연구를 진행했다. 유럽의 일부 국가들은 외부 사전 응력 기술을 이용하여 교량을 보강하여 기존 교량의 하중 등급을 높여 뚜렷한 경제적 이득을 얻었다. 외부 사전 응력 기술이 낡은 다리 보강에 적용됨에 따라 외부 사전 응력 기술에 대한 인식이 촉진되고 깊어졌습니다.
사실, 외부 사전 응력 기술은 사전 응력 기술의 출현과 함께 등장하며, 외부 사전 응력 기술은 콘크리트 교량을 체내 사전 응력 기술보다 먼저 만들기 때문에 오래된 신기술입니다. 일찍이 1934 년 독일의 De Schuengel 은 독일과 프랑스의 체외 접착되지 않은 사전 응력 리브 기술 특허를 획득하고 1936 년에 진정한 다리를 건설했습니다. 하지만 강철 체외 방부 기술이 미숙해 교량 유지 보수 비용이 높아 오랫동안 이 기술의 발전을 가로막았다.
1990 년대 이래로 외부 사전 응력 기술은 외국에서 급속히 발전하였다. 한편, 콘크리트의 내구성에 대한 인식이 높아짐에 따라 방부 성능을 갖춘 구조를 만들고 싶어 외부 사전 응력 기술의 발전을 위한 넓은 시장을 제공하게 되었습니다. 한편, 사장교 기술이 발달하면서 와이어 방부, 대형 톤수 닻 설계 및 시공 등의 문제가 성공적으로 해결되면서 외부 사전 응력 기술 발전의 가장 큰 장애를 제거하여 외부 사전 응력 기술의 발전을 새롭게 만들었습니다.
외부 사전 응력 설계 이론과 실용 기술이 계속 발전함에 따라, 역방향으로 외부 사전 응력이 낡은 다리 보강에 사용되는 것을 더욱 촉진시켰다.
2,2 작용 원리
외부 사전 응력 보강은 빔 외부 (또는 상자 내) 에 방부 보호가 있는 사전 응력 리브로, 빔 본체에 사전 응력을 가하며, 사전 인장으로 생성된 반굽힘 모멘트로 일부 외부 하중에서 발생하는 내부 힘을 상쇄하여 빔 사용 기능을 향상시키고 빔 운반 능력을 향상시킵니다.
외부 사전 응력 보강은 현재 가장 널리 사용되는 보강 방법 중 하나이며, 특히 긴 스팬 사전 응력 콘크리트 연속 상자 보 및 연속 T 형 상자 보 교량의 보강에 적합합니다. 외부 프리스트레스 리브는 보 끝 (또는 중간) 의 칸막이 보에 고정되어 있으며, 보의 힘 요구 사항을 충족하기 위해 스팬 스티어링 블록을 통해 프리스트레스 리브의 각도를 조정합니다.
엄밀히 말하면, 외부 사전 응력과 체내의 접착되지 않은 사전 응력 (사장교 포함) 은 모두 접착되지 않은 사전 응력 구조에 속한다. 접착되지 않은 사전 응력 구조 이론 분석의 핵심 문제는 각 응력 단계에서 사전 응력 강철 빔의 응력 증가 계산입니다.
2, 3 기술적 특징
외부 프리스트레스 콘크리트 구조는 일반 프리스트레스 콘크리트 구조에 비해 다음과 같은 주요 장점이 있습니다.
(1) 외부 사전 응력 리브는 교체할 수 없거나, 수리, 유지 보수 및 보강을 위해 교체 가능, 풀 아웃, 교체가능 외부 리브로 설계할 수 있습니다.
② 외부 사전 응력 강화 낡은 다리 구조는 간단하고 시공을 간소화한다. 빔 리브에 파이프가 없기 때문에 단면 약화를 피합니다. 체외 보강은 파이프 관공 공정을 취소하여 연중 시공을 실현할 수 있으며, 북방의 추운 지역 성에 중요한 현실적 의의를 가지고 있다.
(3) 힘줄의 마찰 손실을 줄이고, 사전 응력 힘줄의 활용 효율이 높고, 힘줄의 응력 변화 폭이 작아 피로에 저항하는 데 도움이 된다. 외부 사전 응력이 우리나라 콘크리트 교량 보강에 보급된 것은 공사 중장기 존재하는 콘크리트 내구성 문제를 해결하기 위해서이다.
가능한 경우 교량의 내구성을 높이고 서비스 수명을 연장하면 (교환 또는 보충은 한 번에 최대 20 년까지 연장될 수 있음) 교량 유지 관리 관리 및 보강에 상당한 직접적인 경제적 효과를 가져올 수 있으며 간접적 및 장기적 경제적 이익도 상당히 두드러집니다.
고강도 복합 섬유 prestressed 강화 시스템
현재 공사에서 사용되는 고강도 복합섬유는 주로 아라미드 섬유와 탄소섬유 (FRP) 입니다. 탄소 섬유 소재는 교량 보강에 널리 사용되고 기술이 성숙되기 때문에 이 문서에서는 주로 탄소 섬유 사전 응력 보강에 대해 설명합니다.
3, 제기 1 질문.
엔지니어링에서 널리 사용되는 보강 방법은 구조의 당기기 영역 또는 전단 약한 영역에 직접 섬유를 붙이는 것입니다. 하중력 강화의 경우, 당김 영역에 탄소섬유 천을 직접 붙이고 보강재를 추가하는 수동적인 보강 방법은 충분히 작동하지 않습니다. 단계적 힘의 특성에 따라 직접 붙여 넣은 후 보강재는 활하중의 내부 힘만 견딜 수 있습니다. 원래 보 철근 배근에 비해 변형이 심한 "지연" 입니다. 한계 상태에서는 강도가 원래 빔 변형에 의해 제한되며 일반적으로 인장 강도의 설계 값을 얻지 못합니다.
계산에 따르면 원래 보 높이가 작고 보강 비율이 큰 경우 보강 설계는 콘크리트 압력 변형률 한계 값에 의해 제어됩니다. 극한 상태에서 강화 재질의 응력은 700 ~ 800 MPa 에 불과하며 탄소 섬유 인장 강도의 표준 값 (2 1.2% ~ 24.2%) 에 불과합니다. 원래 보 높이가 크고 보강 비율이 작은 경우 보강 설계는 원래 보 철근 변형 한계 0.0 1 에 따라 제어됩니다. 극한 상태에서 사후 보강재의 응력은 약 2000MPa 로 탄소 섬유 인장 강도의 표준 값의 60% 에 해당합니다. 원래 빔의 변형 제한으로 인해 고강도 복합 섬유의 높은 인장 성능이 한계 상태에서 충분히 작용하지 못해 큰 낭비를 초래했다. 또한 분석을 하지 않고 맹목적으로 보강재 사용량을 늘리면 견고성 구성요소의 바삭한 손상을 초래할 수 있으며 설계가 안전하지 않을 수 있습니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 건강명언)
3,2 작용 원리
탄소섬유 재료의 이용 효율을 높이기 위해 낡은 다리의 보강 효과를 높이기 위해 탄소섬유 재료에 사전 응력을 가하는 것이 효과적인 방법이다.
탄소 섬유 사전 응력 강화의 작용 원리는 강화 보에 앵커된 탄소 섬유 천 (또는 판자) 을 사용하여 보에 사전 응력을 적용하여 보강 보의 응력 상태를 개선하는 것입니다. 주요 기술은 교량 부지 시공에 적합한 사전 응력 섬유 (또는 판) 의 인장 및 고정 문제를 해결하는 것입니다.
현재이 강화 시스템은 여전히 실험 연구 단계에 있습니다.
3, 3 기술적 특징
① 고강도, 고효율. FRP 의 우수한 물리적 기계적 특성으로 인해 콘크리트 구조 보강 복구에서 고강도, 고탄성 계수의 특성을 최대한 활용하여 콘크리트 구조 부재의 하중력과 연성을 높이고 기계적 성능을 개선하여 효율적인 보강 복구 목적을 달성할 수 있습니다.
② 선팽창 계수는 콘크리트와 가까워 온도 변화 시 FRP 와 콘크리트가 함께 작동할 수 있도록 보장한다.
(3) 시공이 편리하고, 작업 효율이 높고, 젖지 않고, 대형 시공기구가 필요하지 않고, 시공면적이 적고, 시공효율이 높다. 관련 자료에 따르면 FRP 를 붙이는 시공효율은 강판 붙여넣기의 4 ~ 8 배에 달한다. 유리 강철은 가볍고 부드럽고, 잘 어울리며, 시공 품질은 강판에 붙이는 것보다 더 쉽게 보증할 수 있다.
(4) 부품의 무게와 부피를 증가시키지 않는다. 유리강은 무게가 가볍고 두께가 얇다. 보강 복구 후 원래 구조의 무게와 크기를 거의 늘리지 않고 건물의 사용 공간을 줄이지 않습니다.
⑤ 내식성과 내구성이 우수합니다. 실험에 따르면 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드 섬유는 내식성과 내구성이 뛰어나 건물에서 흔히 볼 수 있는 산, 알칼리, 소금의 부식에 저항할 수 있는 것으로 나타났다. 이런 재료로 보강하면 정기적인 유지 보수가 필요 없을 뿐만 아니라 내부 콘크리트 구조도 보호할 수 있다.
⑥ 널리 사용됩니다. 건물, 구조물, 교량 및 터널, 암거, 굴뚝 등 다양한 구조물 유형의 보강 및 수리에 널리 사용될 수 있습니다. ), 다양한 구조 모양 (예: 직사각형, 원, 곡선 구조 등). ) 및 다양한 프레임 멤버 (예: 빔, 판, 노드, 아치, 쉘, 교각 등). ), 구조 모양을 변경하지 않고 구조 모양에 영향을 주지 않습니다. 현재 어떤 구조 보강 방법도 비교할 수 없습니다.
4, 접착 prestressed 철근 시스템
4, 1 작동 원리
보강보에 앵커된 작은 지름의 사전 응력 리브를 사용하여 빔에 사전 응력을 적용한 다음 인장 강도가 높은 복합 모르타르를 분사하여 사전 응력 리브를 보강 빔과 결합하여 접착된 사전 응력 강화 시스템을 형성합니다.
접착식 사전 응력 리브 시스템은 사전 응력 힘줄 앵커링이 간단하고, 인장 시공이 편리하며, 구조적 내구성이 좋고, 재료 활용 효율이 높은 기술적 장점으로 국내외 토목공학계의 관심을 받고 있다. 접착식 사전 응력 리브 시스템은 중소형 스팬 철근 콘크리트 T 빔, 중공 슬래브 빔, 상자 대들보 교량의 보강에 적합하며, 특히 고속도로, 도시 인터체인지 프로젝트에 널리 사용되는 중간 스팬 철근 콘크리트, 사전 응력 콘크리트 연속 상자 대들보에 적합합니다. 상자 상자의 높이 제한으로 인해 상자 안에 외부 사전 응력 리브를 배치하는 것은 어느 정도 어려움이 있다. 상자 거더 후면판에 사전 응력 힘줄을 추가한 다음 고성능 인장 복합 모르타르를 분사하는 것이 이상적인 보강 방안 중 하나입니다.
4, 2 기술적 특징
외부 사전 응력 보강 시스템에 비해 접착 사전 응력 보강 시스템은 다음과 같은 뛰어난 장점을 가지고 있습니다.
① 사후 보강재의 역할을 충분히 발휘하여 재료의 이용 효율을 높일 수 있다.
(2) 고성능 인장 복합 모르타르 보호 층을 분사합니다. 탄화와 염소 이온 침식에 대한 내성이 강하고, 철근이 부식되지 않도록 보호하고, 구조의 내구성을 높이고, 구조의 수명을 연장한다.
(3) 작은 닻과 고성능 인장 복합 모르타르로 프리스트레스 철근을 고정시키는 것이 더 안전하고 믿을 만하다.
4, 3 개발 전망
한국 M&S 의 SRAP 공예는 접착식 사전 응력 철근 배근의 특징을 가지고 있지만, 사용되는 AP 모르타르와 사전 응력 아연 도금 소프트 와이어는 모두 해외 수입으로 공사 원가가 높아 시장 경쟁력에 어느 정도 영향을 미친다. 교량 보강 시장의 수요를 충족시키기 위해 우리나라가 개발한 고성능 인장 복합 모르타르 (HTCM 모르타르) 는 인장 강도, 접착 성능, 탄화방지 성능 및 염소 이온 침식에 대한 내성이 AP 모르타르보다 약간 높은 시장에 공급되고 있습니다. 2 ~ 3 가닥 스트랜드, 나선형 리브 와이어, 소 직경 고강도 굵은 철근 등 국산 강재를 프리스트레스 힘줄 인장 앵커링 체계의 실험 연구로 초보적인 성과를 거두어 우리 성에서 접착된 사전 응력 리브를 보급할 수 있는 새로운 방법을 개척했다.
접착식 사전 응력 철근 체계를 채택하면 구조의 내구성을 높이고 구조의 수명을 20-30 년 연장하여 큰 경제적 효과를 가져올 수 있다.
이상의 도로교 사전 응력 강화 기술 및 특징은 중다 컨설팅에 의해 정리되었다.
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