Renforcement du tissu en fibre de carbone unidirectionnel

Brève présentation de la conception du projet de reconstruction du viaduc

Le viaduc de Jian Xiang est situé à l'intersection du quatrième périphérique nord et de l'autoroute Badaling à Pékin. Il a été achevé en 1998. Sa superstructure est constituée de poutres en béton précontraint à six travées et d'une longueur de 18 m. La ceinture d'isolation est située au centre, et les deux côtés sont des voies à double sens pour les véhicules motorisés. Les deux côtés extérieurs sont des voies non motorisées d'une largeur totale de 55 m. Avec la croissance urbaine, la largeur actuelle du viaduc ne suffit plus à répondre aux besoins du trafic. Afin de transformer le quatrième périphérique en autoroute urbaine, il est nécessaire d'élargir le pont existant à 72 m de part et d'autre, au sud et au nord, de transformer les ponts routiers existants en ponts routiers auxiliaires et de construire de nouveaux ponts routiers. Actuellement, la poutre principale et la poutre de couronnement intermédiaire de la superstructure du pont sont dimensionnées pour les véhicules automobiles (classe Super 20) et les remorques (classe 120). La charge de la poutre principale et de la poutre de couronnement intermédiaire de la superstructure correspondant à la voie non motorisée est dimensionnée pour les véhicules automobiles (classe 15) et les remorques (classe 80). La charge devra être de classe Automobile 20 et de classe Remorque 120 lors de la reconstruction du pont routier auxiliaire. Actuellement, la poutre principale du pont non motorisé a été démontée et remplacée, mais les poutres de couronnement intermédiaire des véhicules motorisés et non motorisés n'ont pas été déconnectées. Il s'agit d'une structure continue en béton armé ordinaire à trois travées et à section variable à un seul joint. Après de nombreux calculs et comparaisons, afin de minimiser les travaux de renforcement dans la zone de flexion positive et négative de la poutre de couronnement, des mesures visant à réduire le poids propre du pont ont été adoptées, le tablier en béton étant remplacé par un tablier en béton léger (poids unitaire de 19 kN/m³). D'autre part, la largeur du pilier sous le recouvrement de la pile centrale sera élargie, réduisant ainsi les moments de flexion positifs et négatifs ainsi que l'effort tranchant de la poutre de couronnement. Ainsi, la configuration actuelle du renforcement des poutres de couronnement partielles des voies réservées aux véhicules motorisés répond aux exigences de conception, et la contrainte des poutres de couronnement partielles des voies auxiliaires correspondantes (aujourd'hui des ponts non motorisés) est de 10 à 15 % différente de ces exigences. Afin de préserver le projet et de préserver la circulation sur le 4e périphérique, 20 zones de moments positifs et négatifs des cinq rangées de poutres de couronnement des piles centrales de l'ensemble du pont sont renforcées, avec l'approbation des services compétents. La surface totale des poutres de couronnement du pont est de 395 m².

Schéma de renforcement et choix des matériaux

Schéma de renforcement structurel

À l'origine, les poutres de recouvrement des piles intermédiaires étaient invisibles, ce qui compliquait considérablement les travaux de renforcement. Un système de renforcement en béton armé de fibres d'acier projeté (BSF) et en tôle d'acier extérieure a été initialement proposé. L'extrémité de la poutre principale n'étant distante que de 5 cm de l'extérieur de la poutre de couronnement à la travée, la faisabilité des deux systèmes est limitée par les contraintes d'espace. Enfin, un tissu en fibres de carbone unidirectionnelles a été choisi pour renforcer la poutre de couronnement. La résistance à la traction du PRFC est dix fois supérieure à celle des barres d'acier ordinaires, et son module d'élasticité est similaire à celui des barres d'acier. Il convient au renforcement des structures en béton armé. De plus, sa construction est simple et adaptée aux travaux de renforcement nécessitant des délais de construction courts.

Sélection des matériaux

Ces deux ou trois dernières années, la Chine a introduit des composites en fibre de carbone fabriqués aux États-Unis et au Japon, et a mené des projets de renforcement avec de bons résultats. Cependant, le coût élevé freine leur promotion et leur application. Récemment, l'apparition d'une série nationale de tissus composites en fibre de carbone a jeté les bases du choix de ce matériau technique. Le tissu en fibre de carbone et la résine correspondante de Horse Construction sont comparés. Le tissu en fibre de carbone est fabriqué à partir de fil importé de haute qualité, fiable et stable, à faible coût. Le produit a passé avec succès les contrôles rigoureux du service national de contrôle qualité et ses indices de performance ont atteint le niveau de produits similaires à l'étranger.

Technologie de fabrication du tissu en fibre de carbone unidirectionnel

Afin de garantir la synchronisation de la barre d'acier initialement sollicitée et de la fibre de carbone renforcée, la différence de contrainte et de déformation entre la barre d'acier initialement sollicitée et le tissu en fibre de carbone unidirectionnel doit être réduite autant que possible. Les mesures de décharge doivent être prises en compte lors du renforcement du capot.

Poutres, ce qui permet de reporter le transfert des barres d'armature des poutres de couronnement d'origine vers un tissu en fibre de carbone unidirectionnel, d'améliorer activement les poutres de couronnement, d'atteindre l'état limite des barres d'armature d'origine et du tissu en fibre de carbone unidirectionnel après leur destruction, et d'améliorer considérablement la résistance globale des poutres de couronnement. Les mesures de déchargement pour renforcer les poutres de couronnement sont les suivantes : démontage de la poutre principale à faible charge standard d'origine, collage d'un tissu en fibre de carbone unidirectionnel pour la renforcer et installation d'une nouvelle poutre principale à charge standard.

L'application d'un tissu en fibre de carbone unidirectionnel pour le renforcement de la poutre de couronnement du pilier central dans le cadre du projet de renforcement du pont suspendu de Jianxiang a permis d'économiser environ 25 millions de yuans, de réduire la durée des travaux et de résoudre le problème de la continuité des travaux. Les avantages obtenus ont été salués par les services concernés.